JP5003578B2

JP5003578B2 - 水中通信ネットワークシステム及び水中通信方法

Info

Publication number: JP5003578B2
Application number: JP2008108494A
Authority: JP
Inventors: 毅佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2028-04-18
Also published as: US8160635B2; US20090264081A1; JP2009260756A

Description

本発明は水中通信ネットワークシステム及び水中通信方法に係り、特に複数の水中音響通信端末と基地局とから構成される水中通信ネットワークシステム及び水中通信方法に関する。

複数の水中音響通信端末と基地局から構成される水中通信ネットワークシステムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。図９は、この水中通信ネットワークシステムの一例の概略構成図を示す。図９において、水中通信ネットワークシステムは、海中１０又は海底に設置された水中音響通信端末（以下、水中端末と略す）Ｔ１１、Ｔ１２と、海中１０内のバックボーンネットワーク２０に接続された基地局Ｂ１１とから構成されている。水中端末Ｔ１１、Ｔ１２間、又は水中端末Ｔ１１、Ｔ１２と基地局Ｂ１１とは音響通信でデータ通信を行う。

水中端末Ｔ１１及びＴ１２は、海底もしくは海中に設置されるために、一度設置した場所にて基地局Ｂ１１との音響通信が不可能になった場合、その水中端末を移動させることは難しく、その水中端末はネットワークから孤立してしまう問題がある。このような場合に、基地局Ｂ１１との音響通信が不可能になった水中端末（これを孤立端末という）の近くに設置されている基地局Ｂ１１との音響通信可能な水中端末が孤立端末の中継端末となり、基地局Ｂ１１へと孤立端末の情報をバケツリレーのように送信するマルチホップネットワークが非特許文献１にて検討されている。

また、図１０に示すように、水中ネットワーク中の全ての水中端末Ｔ２１、Ｔ２２と基地局Ｂ２１とをケーブル１１、１２で接続した有線の水中通信システムも知られている。この有線の水中通信システムの場合、音響信号を用いないために、図９のような音響通信のように伝搬環境に依存することもなく、水中端末Ｔ２１、Ｔ２２から基地局Ｂ２１への高速、高品質で安定な通信が可能である。

UNDERWATER ACOUSTIC NETWORKS,ETHEM M.SOZER;MILICASTOJANOVIC,JOHN PROAKIS;IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING,volume 25,NO.1,JAN.2000 Page (s);72・83

海中での音響通信は通常、伝搬遅延が大きく、マルチパスも多いなど伝搬環境が不安定で、通信品質が低く、伝送速度はあまり高速にできない。従って、図９に示した水中通信ネットワークシステムのように、水中通信ネットワークシステム内の全ての水中端末Ｔ１１、Ｔ１２間、端末Ｔ１１及びＴ１２と基地局Ｂ１１との間の通信を音響通信で行う場合、水中通信ネットワークシステムとしての通信品質は高いものは期待できない。

特に、個々の水中端末が転送端末としての機能も果たすマルチホップ通信を利用した非特許文献１記載の水中通信ネットワークシステムの場合、個々の水中端末の通信状態がネットワーク全体へ影響する。最悪の場合、ある水中端末が壊れてしまった場合、水中通信ネットワークシステムとしての機能が失われる問題がある。また、水中端末が水中通信ネットワークシステム内のどの水中端末とも音響通信できない場合は、その水中端末は孤立端末として、ネットワークからはずれてしまう問題がある。

すなわち、特許文献１記載のマルチホップ通信を利用した水中通信ネットワークシステムにおいては、ある一つの水中端末が壊れると、データ転送経路が失われてしまうなど、個々の水中端末がネットワーク全体へ影響する度合いが大きい。データ転送経路が失われた場合、マルチホップ通信を利用した水中通信ネットワークシステムにおいては、別の水中端末を経由した経路で音響通信することになるが、一般的に海中での水中端末間の音響通信は品質が低く伝送レートも低く、また、音響信号の伝搬環境は不安定なために、別経路が見つからない可能性もあり、個々の水中端末に依存した水中通信ネットワークシステムでは、品質が非常に不安定になるという問題がある。

また、図９の水中通信ネットワークシステムでは、複数の水中端末Ｔ１１、Ｔ１２の同時信号送信による問題もある。図１１は、図９の水中通信ネットワークシステムでの信号発生の状況を示す。図１１に示すように、図９の水中通信ネットワークシステム内の各水中端末Ｔ１１にて情報が発生し、直ちに信号をＡ１の期間送信している状態において、その後の時刻にて水中端末Ｔ１２でも情報が発生して、直ちに信号をＡ２の期間送信する場合、水中端末Ｔ１１とＴ１２の両方が、信号を送信している時間的な重なりが生じる。水中端末Ｔ１１、Ｔ１２から送波する搬送波周波数は同じであるために、上記の重なりの部分はお互いに干渉となり、基地局Ｂ１にて復調が不可能となってしまう。

そこで、上記の信号の重なりを解決する方法として以下の方法が行われる場合がある。端末Ｔ１１、Ｔ１２からの信号が重ならないように、各端末Ｔ１１、Ｔ１２で、情報発生するとまず受波を行う。端末Ｔ１１が図１２にＡ３で模式的に示すように受波を試みたところ、他の端末Ｔ１２が送波している信号が受波されなかったので、端末Ｔ１１が図１２にＡ４で模式的に示すように信号を送波開始する。少しして、端末Ｔ１２にて情報が発生したので、端末Ｔ１２はまず図１２にＡ５で模式的に示すように受波を行ったところ、他の端末Ｔ１１が送波している信号を受波したので、端末Ｔ１２は送波を控える。その後端末Ｔ１２は受波を続け、他の端末Ｔ１１の信号が受波されなくなった（他の端末の送波が終わった）ところで、図１２にＡ６で模式的に示すように端末Ｔ１２は信号送波を開始する。このようにすることで、信号の重なりを解決することが可能である。

しかし、この改善方式では、端末Ｔ１２にて端末Ｔ１１の信号を受波できることが前提となっている。例えば、端末Ｔ１２と端末Ｔ１１との間に大きな岩があって伝搬路が遮断されているなど（隠れ端末問題と呼ばれている）が生じた場合、この改善方式は機能しない。

また、２つ以上の音響通信パス（ここでは、端末Ｔ１１、Ｔ１２から基地局Ｂ１１への伝送路）を使って、情報を送信する送信ダイバーシチでは、各音響通信パスから送波された信号が同時に基地局Ｂ１１に到達すれば、この方法による通信品質向上の効果は大きい。しかし、図９の音響通信ネットワークシステムにて複数端末を利用した送信ダイバーシチを適用するためには、主に３つの問題があった。

１つ目の問題は、各端末から基地局までの伝搬距離が全く同じであったとしても、端末同士で送信時刻の同期をとる必要があることである。この場合、送信時刻を予め決定しておく必要があるなど、システムとして自由度が小さくなってしまう。

２つ目の問題は、水中での音響通信においては、音速が小さいことに起因して音響信号の伝搬遅延時間の差が現れやすいことである。例えば、各端末から基地局への距離の差が５０ｍであった場合に、音速を１５００ｍ／ｓとすると、伝搬遅延の差は３３ｍｓ程度となる。ビットレートが１ｋｂｐｓで、１ビット時間を１ｍｓとした場合、端末から同時に送信したとしても基地局にて３３ビットの到着時刻ズレが生じる。こうなると、送信ダイバーシチは逆効果になってしまう。図９の水中通信ネットワークシステムでは、これらの問題を解決することは非常に困難であり、その結果、送信ダイバーシチという品質向上方式を適用することができない。

３つ目の問題は送信ダイバーシチを行う場合、Ｔ１１及びＴ１２の内の一方の端末で情報が発生した場合に、他方の端末もその情報を共有する必要があり、情報発生した端末から隣の端末へ音響通信を行う必要がある。従って、図９の水中通信ネットワークシステムでは根本的に送信ダイバーシチを適用する意味がない。

一方、水中端末が全て有線で基地局と接続されている図１０に示した水中通信ネットワークシステムにおいては、図９のような音響通信の水中通信ネットワークシステムのように伝搬環境に依存することもなく、高速、高品質で安定な通信が可能となる。しかし、この図１０に示した水中通信ネットワークシステムは、全ての水中端末Ｔ２１、Ｔ２２と基地局Ｂ２１とがケーブル１１、１２で有線接続されているために、水中端末Ｔ２１、Ｔ２２の設置場所が制限されてしまう問題がある。

また、図９、図１０の水中通信ネットワークシステムでは通信路を選択できないために、品質の悪い伝搬路となってしまった場合、緊急を要する通信では問題となる。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、ネットワーク品質の個々の水中端末への依存度を低減し、伝搬環境の不安定な海中においても安定的に品質を維持でき、かつ、有線の水中通信ネットワークシステムにおける設置場所の制限の問題を解消した水中通信ネットワークシステム及び水中通信方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明の水中通信ネットワークシステムは、水中の異なる場所に設置された互いに有線接続されてクラスタを構成する複数の音響通信端末と、バックボーンネットワークに接続されると共に、水中内の複数の音響通信端末との間で音響通信を行う、水中に設置された基地局と、を有することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明の水中通信方法は、水中の異なる場所に設置された互いに有線接続されてクラスタを構成する複数の音響通信端末のうち、バックボーンネットワークに接続され、かつ、水中に設置された基地局に対して、情報を送信する一の音響通信端末がリンク確立できたか否かを判定する第１のステップと、第１のステップで情報を送信する一の音響通信端末がリンク確立できないと判定したときは、情報を送信する一の音響通信端末と同じクラスタを構成する別の音響通信端末のうち、基地局とリンク確立できた音響通信端末を判定する第２のステップと、第２のステップでリンク確立できたと判定された別の音響通信端末へ一の音響通信端末が情報を有線にて転送する第３のステップと、リンク確立できたと判定された別の音響通信端末が情報を、基地局へ音響通信にて送信する第４のステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ネットワーク品質の個々の音響通信端末への依存度を低減し、水中通信ネットワークにおける水中音響通信の品質を向上でき、伝搬環境の不安定な海中においても安定的に品質を維持した水中音響通信ができると共に、有線の水中通信ネットワークシステムにおける水中の音響通信端末の設置場所の制限を緩和できる。

次に、本発明の実施形態について図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明になる水中通信ネットワークシステムの一実施形態の概略全体構成図を示す。本実施形態の水中通信ネットワークシステムは、海中１０内のバックボーンネットワーク１２０に接続された基地局Ｂ１と、２つの水中音響通信端末（以降、特に説明しない限り、端末と略す）Ｔ１及びＴ２と、制御器Ｃ１とから構成される。これらは海中１０内に設置されている。第１の端末Ｔ１と、第２の端末Ｔ２と、制御器Ｃ１とは、通信ケーブル１００で接続され、クラスタ１１０を形成している。図１には図示しない全ての端末と基地局間は同じ搬送波周波数を持つ音波を用いた音響通信にてデータ伝送を行い、端末Ｔ１とＴ２はケーブル１を用いた有線通信にてデータ伝送を行う。本実施形態は、図９に示した水中通信ネットワークシステムと比較すると、端末Ｔ１、Ｔ２間が制御器Ｃ１を介してケーブル１００で接続されている点が異なる。

図２は図１中の端末Ｔ１、Ｔ２の一実施形態の構成図を示す。図２に示すように、端末Ｔ１（Ｔ２も同様構成）は、送波器や受波器を垂直に展開させるための浮き１と、音響信号を送波、受波する送受波器２と、電子回路がある水中部３と、クラスタ１１０内の他の端末Ｔ２（又はＴ１）と通信を行うためのケーブル４とから構成されている。このケーブル４は図１のケーブル１００に相当する。

また、水中部３は、送受波器２により受波された音響信号を復調し、また変調された信号を送受波器２に出力して送波させる音響信号処理回路３０と、伝送回路３２からの情報をもとに、送受波器２の送波受波を制御する制御回路３１と、ケーブル４を介して送信受信するデータを処理する伝送回路３２とから構成されている。

図３は、図１中の制御器Ｃ１の一実施形態の構成図を示す。図３において、制御器Ｃ１は、送受信回路５と制御回路６とを有する。送受信回路５は、ケーブル１０１を介して端末（例えば、図１中のＴ１）に接続される一方、ケーブル１０２を介して別の端末（例えば、図１中のＴ２）に接続され、ケーブル１０１、１０２を介してデータを相手端末と送受信する。ケーブル１０１、１０２は、図１のケーブル１００、図２のケーブル４に相当する。制御回路６は、送受信回路５で受信されたデータに基づいて制御信号を生成し、その制御信号を送受信回路５へ出力して送信させる。

図４は、図１中の基地局Ｂ１の一実施形態の構成図を示す。図４において、基地局Ｂ１は、送波器や受波器を垂直に展開させるための浮き７と、音響信号を送波、受波する送受波器８と、電子回路がある水中部９と、バックボーンネットワーク１２０に繋がるケーブル１０５とを有している。基地局Ｂ１は、端末Ｔ１、Ｔ２と同様の構成であり、その水中部９は、送受波器８により受波された音響信号を復調し、また変調された信号を送受波器８に出力して送波させる音響信号処理回路９０と、伝送回路９２からの情報をもとに、送受波器８の送波受波を制御する制御回路９１と、ケーブル１０５を介して送信受信するデータを処理する伝送回路９２とから構成されている。

次に、本実施形態の水中通信ネットワークシステムの動作概要について説明する。

まず、図５を参照して、端末Ｔ１から基地局Ｂ１へデータを送信する場合の通信手段を説明する。

端末Ｔ１は、データが発生すると、基地局Ｂ１へ呼び出し信号を送波する（ステップＳＣ１）。以降、送波／受波と示した場合は送受波器（端末Ｔ１、Ｔ２の場合は図２の送受波器２、基地局Ｂ１の場合は図４の送受波器８）による音響信号の送信／受信を示す。基地局Ｂ１は、呼び出し信号を受波すると（ステップＳＣ９）、肯定応答信号（ＡＣＫ）を送信元の端末Ｔ１に向けて送波する（ステップＳＣ１０）。端末Ｔ１は呼び出し信号送波後、一定時間内にＡＣＫを受波したかどうかを監視している（ステップＳＣ２）。端末Ｔ１は一定時間内にＡＣＫを受波した場合、基地局Ｂ１とのリンクを確立する（ステップＳＣ３）。また、基地局Ｂ１も端末Ｔ１とのリンクを確立する（ステップＳＣ１１）。以後、端末Ｔ１と基地局Ｂ１との間で音響通信を行う。

一方、ステップＳＣ２において、端末Ｔ１は一定時間内にてＡＣＫを受波できなかった場合、ケーブルで接続されている端末Ｔ２に有線通信で端末Ｔ１が送信すべきデータを伝送する（ステップＳＣ４）。端末Ｔ２は端末Ｔ１からのデータを有線で受信すると（ステップＳＣ５）、呼び出し信号を基地局Ｂ１に送波する（ステップＳＣ６）。

基地局Ｂ１は、呼び出し信号を受波すると（ステップＳＣ１２）、肯定応答信号（ＡＣＫ）を送信元の端末Ｔ２に向けて送波する（ステップＳＣ１３）。端末Ｔ２は呼び出し信号送波後、一定時間内にＡＣＫを受波したかどうかを監視している（ステップＳＣ７）。端末Ｔ２は一定時間内にＡＣＫを受波した場合、基地局Ｂ１とのリンクを確立する（ステップＳＣ８）。また、基地局Ｂ１も端末Ｔ２とのリンクを確立する（ステップＳＣ１４）。以後、端末Ｔ２と基地局Ｂ１との間で音響通信を行う。

なお、ステップＳＣ７で端末Ｔ２が基地局Ｂ１からのＡＣＫを一定時間内で受波できなかった場合は、端末Ｔ１と端末Ｔ２がいずれも基地局Ｂ１との通信が不可能とみなされ、端末Ｔ１の情報は基地局Ｂ１に送信できない。このような不具合を発生させないように、クラスタ１１０の設置場所を予め考慮する必要がある。

図９に示した水中通信ネットワークシステムでは、ステップＳＣ４以降の動作がないために、端末Ｔ１１と基地局Ｂ１１間の音響信号が届かないような伝搬環境となってしまった場合、端末Ｔ１１は水中通信ネットワークシステムから孤立してしまう。これに対し、本実施形態においては、端末Ｔ１と端末Ｔ２のどちらかが基地局Ｂ１間で音響通信が可能であれば、端末Ｔ１と基地局Ｂ１との音響通信は可能になる。

また、端末Ｔ１と端末Ｔ２の間を音響通信でデータ伝送する音響マルチホップ通信という形態も非特許文献１に記載したように可能であることが知られているが、音響マルチホップ通信は一般的に伝送レートが低く、通信品質も良くないために、通信手段が複雑になり、情報伝送時間が非常に大きくなる問題点がある。これに対し、本実施形態では、端末Ｔ１と端末Ｔ２を有線接続することで、水中通信ネットワークシステムの伝送時間、伝送品質の改善、また通信手順の簡潔化が期待できる。

次に、図６を用いて、図５の通信手順の伝搬路の品質を考慮した場合の通信手順を説明する。

基地局Ｂ１はプローブ信号を端末Ｔ１及びＴ２へ送波する（ステップＳＣ２１）。各端末Ｔ１及びＴ２は、プローブ信号を受波すると（ステップＳＣ３３、ＳＣ２６）、それぞれ必要情報をケーブル４（１０１，１０２）を介して制御器Ｃ１に伝送する。この必要情報は、制御器Ｃ１がＴ１及びＴ２のどちらの端末を基地局Ｂ１と音響通信させるかを判断させるための情報であるが、判断基準として次のような要素が考えられる。

１．各端末での受波レベル
２．受波時刻（基地局からの音波伝搬遅延時間）
３．各端末と基地局間の伝搬路の環境
制御器Ｃ１は、受信した必要情報を用いて基地局Ｂ１と音響通信を行う端末を決定した制御情報を作成し（ステップＳＣ３５）、作成した制御情報を端末Ｔ１、Ｔ２のうち決定した端末にケーブル１０１又は１０２を介して伝送する。ここでは、端末Ｔ２を基地局Ｂ１と音響通信を行う端末に決定した場合、制御器Ｃ１は作成した制御情報をケーブル１０１又は１０２を介して端末Ｔ２に送信する（ステップＳＣ３６）。

端末Ｔ２は、制御器Ｃ１からの制御情報を受信すると（ステップＳＣ２８）、基地局Ｂ１からのプローブ信号をもとに、基地局Ｂ１の位置を推定し、送受波器２の指向性を基地局Ｂ１へ向ける（ステップＳＣ２９）。ただし、ステップＳＣ２９はなくてもよい。続いて、端末Ｔ２は基地局Ｂ１へ第１の肯定応答信号（ＡＣＫ１）を送波する（ステップＳＣ３０）。

基地局Ｂ１はＡＣＫ１を受波すると（ステップＳＣ２２）、受波したＡＣＫ１をもとに、その送受波器８の指向性を端末Ｔ２の方向に向ける（ステップＳＣ２３）。ただし、ステップＳＣ２３はなくてもよい。続いて、基地局Ｂ１は、端末Ｔ２からのＡＣＫを受信したことを示す第２の肯定応答信号（ＡＣＫ２）を、ＡＣＫ１の送波元の端末Ｔ２に向けて送波する（ステップＳＣ２４）。

端末Ｔ２は、ＡＣＫ２を受波すると（ステップＳＣ３１）、端末Ｔ２と基地局Ｂ１との間のリンクを確立する（ステップＳＣ３２）。また、基地局Ｂ１も端末Ｔ２とのリンクを確立する（ステップＳＣ２５）。以後、端末Ｔ１で情報が発生した場合は、端末Ｔ１から端末Ｔ２へ有線で情報を伝送し、その後、端末Ｔ２から音響通信で基地局Ｂへと送波する。

このように、本実施形態では、基地局Ｂ１と端末Ｔ１、Ｔ２間の通信品質の良い方の通信路を選択できるために、伝搬環境の不安定な海中においても安定的に品質を維持した水中音響通信ができる。また、本実施形態では、有線接続された端末Ｔ１とＴ２とを含むクラスタとしての通信品質を高めることで、ネットワーク品質の個々の端末の依存度を低減できる。

更に、本実施形態では、端末の設置場所の制限を緩和できる。本実施形態では、端末Ｔ１、Ｔ２同士は制御器Ｃ１を介してケーブル１０１、１０２（１００）で接続されているが、基地局Ｂ１とはケーブルで接続されていないために、完全な有線ネットワークに比べて端末設置場所の制限は小さいからである。

次に、端末Ｔ１、Ｔ２で基地局Ｂ１に送信する情報が同時に発生した場合の動作について図７のシーケンスチャートと共に説明する。

端末Ｔ１、Ｔ２で基地局Ｂ１に送信する情報が同時に発生したものとする（ステップＳＣ４６、ＳＣ４１）。ここで「同時」とは、Ｔ１及びＴ２のうち一方の端末が自分の情報を音響信号で送波している間に、もう一方の端末が自分の情報を音響信号で送波することを示しており、データの発生時刻が同時という意味ではない。図９の水中通信ネットワークシステムでは、図１１と共に説明したように水中端末Ｔ１１、Ｔ１２から送波する搬送波周波数は同じであるために、重なりの部分はお互いに干渉となり、基地局にて復調が不可能となってしまう。図７で示す手順はそのような重なりを避けるための通信手順である。

端末Ｔ１、Ｔ２から情報送信するという報告が制御器Ｃ１に有線にて送信され（ステップＳＣ４７、ＳＣ４２）、この報告が制御器Ｃ１にて有線にて受信される（ステップＳＣ４９）。制御器Ｃ１は、受信した報告に基づいて、２つの端末Ｔ１及びＴ２のうち先に送波を行う端末を決定する。その決定を行う際の要因としては次のような要因が考えられる。

１．各端末Ｔ１、Ｔ２と基地局Ｂ１間の伝搬品質（受波レベル、伝搬遅延時間）
２．情報の緊急度
３．送信するべき情報量
ここでは、制御器Ｃ１は、端末Ｔ２を先に送波させる端末として決定したものとすると、端末Ｔ２に制御情報を送信する（ステップＳＣ５０）。端末Ｔ２は、制御器Ｃ１から制御情報を有線にて受信すると（ステップＳＣ４３）、基地局Ｂ１とのリンクを確立し、基地局Ｂ１との間で音響通信を開始する（ステップＳＣ４４）。その後、端末Ｔ２と基地局Ｂ１との音響通信が終了すると、端末Ｔ２は、制御器Ｃ１に通信が終了したことを示す通信終了信号を有線にて送信する（ステップＳＣ４５）。

制御器Ｃ１は上記の通信終了信号を受信すると（ステップＳＣ５１）、次に端末Ｔ１を基地局Ｂ１と音響通信させるために、今度は端末Ｔ１に制御情報を有線にて送信する（ステップＳＣ５２）。端末Ｔ１が制御器Ｃ１から制御情報を受信した後の動作は、端末Ｔ２で行ったステップＳＣ４３、ＳＣ４４、ＳＣ４５と同様の動作を行い、端末Ｔ１と基地局Ｂ１との音響通信を完了させる（ステップＳＣ４８）。

このように、本実施形態では、端末Ｔ１と端末Ｔ２とで情報が同時に発生した場合には、制御器Ｃ１の制御の下に端末Ｔ１及び端末Ｔ２から順番に基地局Ｂ１との音響通信を行わせることができるため、複数端末Ｔ１、Ｔ２から同時に音響信号が送波されて、干渉となってしまう問題を避けることが可能である。また、本実施形態では、情報の緊急度を優先することで緊急を要する通信も問題なく可能である。

また、本実施形態では、端末Ｔ１と端末Ｔ２とが制御器Ｃ１を介して有線で接続されているために、一方の端末と基地局Ｂ１との音響通信が終了したことを示す通信終了信号を制御器Ｃ１が有線にて受信して、他方の端末と基地局Ｂ１との音響通信を開始させることができるので、図１２と共に説明した隠れ端末問題は発生しない。

次に、本発明の他の実施形態について図１の構成図を用いて説明する。

本実施形態では端末Ｔ１、Ｔ２を制御器Ｃ１を介して有線で接続しているために、各端末Ｔ１、Ｔ２からの送波時刻を調整することが可能である。従って、音響通信品質の向上のために、送信ダイバーシチという方法を適用することが可能になる。ここでは、送信ダイバーシチを本実施形態に適用した場合の通信手順について図８のシーケンスチャートを用いて説明する。

２つ以上の音響通信パス（ここでは、端末Ｔ１、Ｔ２から基地局Ｂ１への伝送路）を使って、情報を送信する送信ダイバーシチでは、各音響通信パスから送波された信号が同時に基地局Ｂ１に到達すれば、この方法による通信品質向上の効果は大きい。しかし、各音響通信パスからの送波信号の遅延時間が異なり到着時刻がずれてしまうと、送信ダイバーシチの効果は大きく劣化する。しかし、本実施形態においては、２つの端末Ｔ１及びＴ２を制御器Ｃ１を介して有線で接続することにより、端末Ｔ１、Ｔ２間の送信時刻の調整、また、端末Ｔ１、Ｔ２間の情報共有が制御器Ｃ１により容易にできるために、水中音響通信において複数端末を用いた送信ダイバーシチの適用が可能となる。

図８において、端末Ｔ１で基地局Ｂへ送信するべき情報が発生したとする（ステップＳＣ６１）。端末Ｔ１は、制御器Ｃ１を介して端末Ｔ２へその情報を有線を介して転送する（ステップＳＣ６２）。端末Ｔ２は転送情報を受信する（ステップＳＣ６５）。制御器Ｃ１は、予め、端末Ｔ１、Ｔ２から報告を受けた基地局プローブ信号の受波時刻をもとに、各端末Ｔ１、Ｔ２からの送波信号が基地局Ｂ１にて同時刻に受波されるように、各端末Ｔ１、Ｔ２の送波時刻（タイミング調整時刻）を決定し、各端末Ｔ１、Ｔ２に有線を介してそのタイミング調整信号を送信する（ステップＳＣ６８）。各端末Ｔ１、Ｔ２は上記のタイミング調整信号を受信し（ステップＳＣ６３、ステップＳＣ６６）、端末Ｔ１、Ｔ２から同じ情報（Ｔ１で発生した情報）をタイミング調整された時刻に送波を行う（ステップＳＣ６４、ステップＳＣ６７）。

なお、各端末Ｔ１、Ｔ２からの送波信号形成方法や基地局Ｂ１における復調方法は、公知の文献（A SIMPLE TRANSMIT DIVERSITY TECHNIQUE FOR WIRELESS COMMUNICATIONS,SIAVASH M.ALAMOUTI;IEEE JOURNAL ON SELECT AREAS IN COMMUNICATIONS,VOL.16,NO.8,OCT.1998）に記載された送信ダイバーシチ方法による。

また、本実施形態では、端末Ｔ１、Ｔ２から基地局Ｂ１への情報送信について述べたが、基地局Ｂ１から端末Ｔ１、Ｔ２への情報送信時には、複数端末による受信ダイバーシチの適用により通信品質の向上が可能である。

このように、本実施形態によれば、有線で接続されている他の水中端末を用いた、送信ダイバーシチによる音響通信や、受信ダイバーシチによる音響通信が可能であるため、水中音響通信の通信品質を向上できる。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、例えば図１の実施形態では、クラスタ２に接続する端末数が「２」の場合を示したが、クラスタに接続する端末数が「２」よりも多い場合にも本発明は拡張可能である。また、基地局数についても２以上の場合であっても、拡張可能である。

本発明の水中通信ネットワークシステムの一実施形態の概略全体構成図である。図１中の水中端末の一実施形態の構成図である。図１中の制御器の一実施形態の構成図である。図１中の基地局の一実施形態の構成図である。本発明の一実施形態の動作説明用シーケンスチャート（その１）である。本発明の一実施形態の動作説明用シーケンスチャート（その２）である。本発明の一実施形態の動作説明用シーケンスチャート（その３）である。本発明の他の実施形態の動作説明用シーケンスチャートである。水中通信ネットワークシステムの一例の構成図である。水中通信ネットワークシステムの他の例の構成図である。図９の通信方法の一例の説明図である。図９の通信方法の改善方式の説明図である。

符号の説明

１、７浮き
２、８送受波器
３、９水中部
４、１００、１０１、１０２、１０５ケーブル
５送受信回路
６、３１、９１制御回路
３０、９０音響信号処理回路
３２、９２伝送回路
１１０クラスタ
１２０バックボーンネットワーク
Ｔ１、Ｔ２端末（水中音響通信端末）
Ｃ１制御器

Claims

水中の異なる場所に設置された互いに有線接続されてクラスタを構成する複数の音響通信端末と、
バックボーンネットワークに接続されると共に、水中内の複数の音響通信端末との間で音響通信を行う、水中に設置された基地局と、
を有することを特徴とする水中通信ネットワークシステム。
前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末のうち前記基地局との間で通信確立ができた一の音響通信端末に、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末のうち他の一の音響通信端末が前記基地局へ送信する情報を有線により転送し、その情報を前記通信確立ができた一の音響通信端末から前記基地局へ音響通信で送信させることを特徴とする請求項１記載の水中通信ネットワークシステム。
水中の異なる場所に設置された複数の音響通信端末と、
前記複数の音響通信端末とそれぞれ有線接続され、該複数の音響通信端末と共にクラスタを構成する制御器と、
バックボーンネットワークに接続されると共に、前記複数の音響通信端末との間で音響通信を行う、水中に設置された基地局と、
を有することを特徴とする水中通信ネットワークシステム。
前記基地局は、プローブ信号を前記複数の音響通信端末へ送信する手段を有し、
前記制御器は、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末によりそれぞれプローブ信号を受波して得た受信情報を、該複数の音響通信端末からそれぞれ有線にて入力され、その受信情報である前記基地局からの音波伝搬遅延時間及び各音響通信端末における受波レベルのうちの少なくとも一方に基づいて、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末のうち前記基地局と音響通信する音響通信端末に決定する手段を有することを特徴とする請求項３記載の水中通信ネットワークシステム。
前記制御器は、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末により前記基地局へ送信すべき情報が同時に発生した時は、それらの情報のうち最も緊急度が高い情報を送信する音響通信端末を、前記基地局と音響通信する音響通信端末に決定する手段を有することを特徴とする請求項３記載の水中通信ネットワークシステム。
前記制御器は、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末により前記基地局へ送信すべき情報が同時に発生した時は、それらの情報のうち送信するべき情報量に応じて、前記基地局と音響通信する音響通信端末を決定する手段を有することを特徴とする請求項３記載の水中通信ネットワークシステム。
前記基地局は、プローブ信号を前記複数の音響通信端末へ送信する手段を有し、
前記制御器は、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末によりそれぞれプローブ信号を受波して得た受信情報を、該複数の音響通信端末からそれぞれ有線にて入力され、その受信情報である前記基地局からの音波受波時刻に基づいて、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末がそれぞれ別々に送信した同じ情報を前記基地局が同時刻で受波できるように、前記複数の音響通信端末の前記情報の各送信時刻を調整する送信タイミング調整手段を有することを特徴とする請求項３乃至６のうちいずれか一項記載の水中通信ネットワークシステム。
水中の異なる場所に設置された互いに有線接続されてクラスタを構成する複数の音響通信端末のうち、バックボーンネットワークに接続され、かつ、水中に設置された基地局に対して、情報を送信する一の音響通信端末がリンク確立できたか否かを判定する第１のステップと、
前記第１のステップで前記情報を送信する一の音響通信端末がリンク確立できないと判定したときは、前記情報を送信する一の音響通信端末と同じクラスタを構成する別の音響通信端末のうち、前記基地局とリンク確立できた音響通信端末を判定する第２のステップと、
前記第２のステップで前記リンク確立できたと判定された前記別の音響通信端末へ前記一の音響通信端末が前記情報を有線にて転送する第３のステップと、
前記リンク確立できたと判定された前記別の音響通信端末が前記情報を、前記基地局へ音響通信にて送信する第４のステップと
を含むことを特徴とする水中通信方法。
バックボーンネットワークに接続され、かつ、水中に設置された基地局がプローブ信号を送信する第１のステップと、
水中の異なる場所に設置され、互いに制御器を介して有線接続されてクラスタを構成する複数の音響通信端末が、それぞれ前記プローブ信号を受波する第２のステップと、
前記複数の音響通信端末がそれぞれ前記プローブ信号を受波して得た受信情報である前記基地局からの音波伝搬遅延時間及び各音響通信端末における受波レベルのうちの少なくとも一方に基づいて、前記複数の音響通信端末のうち前記基地局と音響通信する音響通信端末を決定する第３のステップと
を含むことを特徴とする水中通信方法。
前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末により前記基地局へ送信すべき情報が同時に発生した時は、それらの情報のうち最も緊急度が高い情報を送信する音響通信端末を、前記基地局と音響通信する音響通信端末に決定する第４のステップを更に含むことを特徴とする請求項９記載の水中通信方法。
前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末により前記基地局へ送信すべき情報が同時に発生した時は、それらの情報のうち送信するべき情報量に応じて、前記基地局と音響通信する音響通信端末を決定する第４のステップを更に含むことを特徴とする請求項９記載の水中通信方法。
前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末によりそれぞれ前記プローブ信号を受波して得た受信情報を、該複数の音響通信端末からそれぞれ有線にて入力され、その受信情報である前記基地局からの音波受波時刻に基づいて、前記クラスタを構成する前記複数の音響通信端末がそれぞれ別々に送信した同じ情報を前記基地局が同時刻で受波できるように、前記複数の音響通信端末の前記情報の各送信時刻を調整するステップを更に含むことを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれか一項記載の水中通信方法。