JP6186628B2 - 移動体制御装置、移動体制御方法およびプログラム - Google Patents

移動体制御装置、移動体制御方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、無線通信装置を備える移動体の移動および一定領域内における停留を制御する技術に関する。
近時、自然災害の発生によって、交通手段や通信手段が遮断された孤立地域と迅速にネットワークを確立したり、火山、火事現場、高放射能地域などの人が立ち入ることが困難な危険地域でデータの収集や通信路確保を行なったりするための手段として、パイロットが搭乗せず、自律飛行が可能なUAS(Unmanned Aircraft System:無人航空機システムともいう)が提案されている。このようなUASでは、飛行体に無線装置を設置し、地上の通信機(ユーザ)との通信を実施することが想定されている。
このような従来のシステムでは、ユーザの多寡を考慮せずに運用されているため、次のような不都合が生じ得る。すなわち、通信機(トラフィック量)が少ない場所で航空機との通信時間が長い場合、バッテリの観点から無駄が多く、航空機の移動エリアを狭めてしまう場合がある。また、通信機(トラフィック量)が多い場所で航空機と通信時間が短い場合、その場所のすべてのトラフィックを収容することができず、ユーザの不満が生じたり、再度の派遣(飛行)をしなければならなくなったりする場合がある。
ここで、通信機(トラフィック量)を推定する方法は、主に2つ存在する。1つ目は、受信信号やキャプチャしたパケットを用いた方法である。これは通信を実施する前に得られる情報を統計処理した通信前情報に基づいている。例えば、特許文献1には、無線LANのスループットの推定法が開示されている。この技術は、パケットキャプチャして得られたパケットを用いて、無線LANのチャネル毎の使用率を算出することによって、各装置のトラフィックを推定する。
また、2つ目は、自身が通信した後に得られる通信履歴などを統計処理した、通信後情報に基づく方法である。例えば、特許文献2には、基地局のトラフィック量を推定するシステムが開示されている。この技術は、基地局同士でトラフィック量を共有し、将来のトラフィックを予想する。
特開2013−078083号公報 特開2013−197704号公報
しかしながら、特許文献1のような通信前情報を用いる技術では、通信対象外のトラフィックを推定することができるが、通信対象の要求トラフィック量や、通信に要する時間を把握することができない。
また、特許文献2記載の通信後情報を用いる技術では、特許文献1記載の技術と異なり、通信対象の要求トラフィックの推定が可能だが、上空の航空機と地上の装置とが実際に通信を実施するまでにはある程度時間がかかってしまう。このため、移動体が高速で移動する場合、通信が実施できるようになった時には、すでに通信できないところに移動してしまうこととなる。従って、移動体が高速で移動中の場合は、通信中のトラフィック量を推定することが難しい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ユーザのトラフィックを効率よく収容できるように、移動体の制御を実施することができる移動体制御装置、移動体制御方法およびプログラムを提供することを目的とする。
(1)上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の移動体制御装置は、無線通信装置を備え、移動体の移動および一定領域内における停留を制御する移動体制御装置であって、少なくとも一つの他の無線通信装置から送信された信号を受信し、統計的に処理された通信前情報を取得する通信前情報取得部と、前記無線通信装置が他のいずれかの無線通信装置と無線通信を行なうことによって、統計的に処理された通信後情報を取得する通信後情報取得部と、前記取得した通信前情報に基づいて、移動中の前記移動体が一定領域内に停留すべきか否かを判定し、停留判定結果を出力する一方、前記移動体が一定領域内に停留している最中に、前記通信後情報に基づいて、前記移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力する制御部と、を備え、前記停留判定結果または前記停留解除判定結果に応じて、前記移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えることを特徴とする。
このように、停留判定結果または停留解除判定結果に応じて、移動体を一定領域内に停留させる指示を与えるので、高速で移動する移動体の停留位置を決定することが可能となる。また、一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えるので、停留後に移動の再開を決定することが可能となる。
(2)また、本発明の移動体制御装置は、前記移動体が一定領域内で停留するための制約条件を満たすか否かを判定し、制約条件判定結果を出力する制約条件監視部を更に備えることを特徴とする。
このように、移動体が一定領域内で停留するための制約条件を満たすか否かを判定し、制約条件判定結果を出力するので、常に制約条件を満たした移動および停留を実行することが可能となる。
(3)また、本発明の移動体制御装置において、前記制約条件は、予め定められた前記移動体の移動スケジュールまたは前記移動体の燃料若しくはバッテリの残量であることを特徴とする。
このように、予め定められた移動体の移動スケジュールまたは移動体の燃料若しくはバッテリの残量に基づいて、移動体を一定領域内で停留させることが可能となる。これにより、燃料が無くなって帰還できなくなることを回避することが可能となる。
(4)また、本発明の移動体制御装置において、前記通信前情報取得部は、前記他の無線通信装置から送信された信号の受信品質または他の無線通信装置数を通信前情報として取得することを特徴とする。
このように、他の無線通信装置から送信された信号の受信品質または他の無線通信装置数を通信前情報として取得するので、高速で移動する移動体の停留位置を決定することが可能となり、また、停留後に移動の再開を決定することが可能となる。
(5)また、本発明の移動体制御装置において、前記通信後情報取得部は、通信セッションの数、トラフィック量またはスループットを通信後情報として取得することを特徴とする。
このように、通信セッションの数、トラフィック量またはスループットを通信後情報として取得するので、高速で移動する移動体の停留位置を決定することが可能となり、また、停留後に移動の再開を決定することが可能となる。
(6)また、本発明の移動体制御装置において、前記移動体は、航空機であり、前記停留判定結果に応じて、通常飛行している前記航空機を一定領域内で旋回飛行させ、減速させ、または現在位置を維持する指示を与え、または前記停留解除判定結果に応じて、一定領域内で旋回飛行、減速または現在位置を維持している前記航空機体の通常飛行を再開させる指示を与えることを特徴とする。
このように、停留判定結果に応じて、通常飛行している航空機を一定領域内で旋回飛行させ、減速させ、または現在位置を維持する指示を与えるので、高速で移動する航空機を一定領域内で停留させることが可能となる。また、停留解除判定結果に応じて、一定領域内で旋回飛行、減速または現在位置を維持している航空機体の通常飛行を再開させる指示を与えるので、停留状態から通常飛行を再開させることが可能となる。
(7)また、本発明の移動体制御装置において、前記移動体は、陸上輸送手段であり、前記停留判定結果に応じて、通常走行している前記陸上輸送手段を減速させ、または停止させる指示を与え、または前記停留解除判定結果に応じて、一定領域内で減速し、または停止している前記陸上輸送手段の通常走行を再開させる指示を与えることを特徴とする。
このように、停留判定結果に応じて、通常走行している陸上輸送手段を減速させ、または停止させる指示を与えるので、通信セッションを確立することができるが、通信セッションを確立した時にはエリアを通過してしまっていることが問題となる陸上輸送手段を一定領域内で停留させることが可能となる。また、停留解除判定結果に応じて、一定領域内で減速し、または停止している陸上輸送手段の通常走行を再開させる指示を与えるので、停留状態から通常走行を再開させることが可能となる。
(8)また、本発明の移動体制御装置において、前記通信前情報取得部は、フライトプランまたは陸上走行プランのいずれかを含むスケジュール情報を取得し、前記制御部は、前回のスケジュールで得られた時刻、位置情報に基づいて、前記停留判定結果または前記停留解除判定結果を出力することを特徴とする。
このように、フライトプランまたは陸上走行プランのいずれかを含むスケジュール情報を取得し、前記制御部は、前回のスケジュールで得られた時刻、位置情報に基づいて、前記停留判定結果または前記停留解除判定結果を出力するので、行く先が決まっている場合には、行くべき地点で通信機が一定数以上存在する場合に、本発明に係る移動体制御装置を作動させることが可能となる。なお、存在する通信機が一定数以下の場合には、最低限の滞在(最短時間滞在)しか実施しないようにすることもできる。
(9)また、本発明の移動体制御装置において、前記通信前情報取得部は、フライトプランまたは陸上走行プランのいずれかを含むスケジュール情報を取得し、前記制御部は、次に停留するスケジュールを、同じ経路またはルートを移動する別の航空機または陸上輸送手段にネットワーク経由で通知することを特徴とする。
(10)また、本発明の移動体制御方法は、無線通信装置を備え、移動体の移動および一定領域内における停留を制御する移動体制御装置の移動体制御方法であって、少なくとも一つの他の無線通信装置から送信された信号を受信し、統計的に処理された通信前情報を取得するステップと、前記無線通信装置が他のいずれかの無線通信装置と無線通信を行なうことによって、統計的に処理された通信後情報を取得するステップと、前記取得した通信前情報に基づいて、移動中の前記移動体が一定領域内に停留すべきか否かを判定し、停留判定結果を出力する一方、前記移動体が一定領域内に停留している最中に、前記通信後情報に基づいて、前記移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力するステップと、前記停留判定結果または前記停留解除判定結果に応じて、前記移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えるステップと、を含むことを特徴とする。
このように、停留判定結果または停留解除判定結果に応じて、移動体を一定領域内に停留させる指示を与えるので、高速で移動する移動体の停留位置を決定することが可能となる。また、一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えるので、停留後に移動の再開を決定することが可能となる。
(11)また、本発明のプログラムは、無線通信装置を備え、移動体の移動および一定領域内における停留を制御する移動体制御装置のプログラムであって、少なくとも一つの他の無線通信装置から送信された信号を受信し、統計的に処理された通信前情報を取得する処理と、前記無線通信装置が他のいずれかの無線通信装置と無線通信を行なうことによって、統計的に処理された通信後情報を取得する処理と、前記取得した通信前情報に基づいて、移動中の前記移動体が一定領域内に停留すべきか否かを判定し、停留判定結果を出力する一方、前記移動体が一定領域内に停留している最中に、前記通信後情報に基づいて、前記移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力する処理と、前記停留判定結果または前記停留解除判定結果に応じて、前記移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与える処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
このように、停留判定結果または停留解除判定結果に応じて、移動体を一定領域内に停留させる指示を与えるので、高速で移動する移動体の停留位置を決定することが可能となる。また、一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えるので、停留後に移動の再開を決定することが可能となる。
本発明によれば、高速で移動する移動体の停留位置を決定することが可能となる。また、停留後に移動の再開を決定することが可能となる。
本実施形態に係る移動体制御装置の概略構成を示すブロック図である。 移動体の移動状態と停留状態を示す状態遷移図である。 本実施形態に係る移動体制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
本発明者らは、通信機(トラフィック量)が少ない場所で、無人航空機との通信時間が長い場合は、バッテリ消費の観点からすると無駄が多く、移動エリアを狭めてしまう一方、通信機(トラフィック量)が多い場所で、無人航空機との通信時間が短い場合は、その場所におけるトラフィックを処理することができず、ユーザの不満を招いたり、再び飛行させなければならなくなったりすることに着目し、移動体が移動中に条件を満たす通信機を探索し、通信前情報に応じてその場で停留するかどうかを判定する一方、制約条件と通信後情報に応じて再度移動するかどうかを判定することによって、高速で移動する移動体の停留位置を決定することができると共に、停留後に移動の再開を決定することができることを見出し、本発明をするに至った。
すなわち、本発明の移動体制御装置は、無線通信装置を備え、移動体の移動および一定領域内における停留を制御する移動体制御装置であって、少なくとも一つの他の無線通信装置から送信された信号を受信し、受信品質または他の無線通信装置数を含む通信前情報を取得する通信前情報取得部と、前記無線通信装置が他のいずれかの無線通信装置と無線通信を行なうことによって、通信セッション数、トラフィック量またはスループットを含む通信後情報を取得する通信後情報取得部と、前記移動体が一定領域内で停留するための制約条件を満たすか否かを判定し、制約条件判定結果を出力する制約条件監視部と、前記取得した通信前情報に基づいて、前記移動体が一定領域内に停留すべきか否かを判定し、停留判定結果を出力する一方、前記移動体が一定領域内に停留している場合に、前記通信後情報および前記制約条件判定結果に基づいて、前記移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力する制御部と、を備え、前記停留判定結果または前記停留解除判定結果に応じて、前記移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えることを特徴とする。
これにより、本発明者らは、高速で移動する移動体の停留位置を決定することを可能とし、また、停留後に移動の再開を決定することを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図1は、本実施形態に係る移動体制御装置の概略構成を示すブロック図である。通信前情報取得部1は、他の通信機が送信している信号をパケットキャプチャし、受信電力、端末(他の通信装置)の数、SINR(Signal to Interference Noise Ratio)の少なくとも一つ(通信前情報)を出力する。通信後情報取得部3は、通信中の他の通信機との通信品質を取得し、通信セッション数、トラフィック量またはスループットの少なくとも一つ(通信後情報)を出力する。制約条件監視部5は、移動体の移動スケジュールや燃料の残量・バッテリの残量などの制約条件を監視し、制約条件を満たすか否かを判定し、その判定結果(制約条件判定結果)を出力する。
制御部7は、通信前情報取得部1から入力された通信前情報に基づいて、一定領域内で移動体を停留させるか否かを判断し、停留判定結果を出力する。また、通信後情報取得部3から入力された通信後情報および制約条件判定結果に基づいて、一定領域内に停留している移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力する。
そして、本実施形態に係る移動体制御装置は、停留判定結果または停留解除判定結果に応じて、移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与える。なお、本実施形態では、移動体とは、通信のセッションが確立できないほどの速度で移動する装置を意味する。例えば、無人航空機、宅配便のトラック、または高速艇などである。
図2は、移動体の移動状態と停留状態を示す状態遷移図である。移動体が移動状態にあるとき、通信前情報が予め定められた閾値以下である場合は、移動状態を継続し、通信前情報が予め定められた閾値以上となった場合は、停留状態に遷移する。一方、移動体が停留状態にあるとき、通信後情報および通信前情報が予め定められた閾値以上である場合および制約条件を満たす場合は、停留状態を継続し、通信後情報および通信前情報が予め定められた閾値以下となった場合または制約条件を満たさなくなった場合は、移動状態に遷移する。
図3は、本実施形態に係る移動体制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。まず、通信前情報取得部1が、周辺情報を取得する(ステップS1)。周辺情報は、他の通信機が送信している信号をパケットキャプチャして得られる受信電力、端末(他の通信装置)の数、SINR(Signal to Interference Noise Ratio)の少なくとも一つ(通信前情報)である。次に、この通信前情報が閾値を満たすかどうかを判断し(ステップS2)、満たさない場合は、ステップS1に遷移する。一方、ステップS2において、通信前情報が閾値を満たす場合は、停留状態に遷移する(ステップS3)。
次に、移動体が停留状態にあるとき、制約条件監視部5は、制約条件を監視する(ステップS4)。そして、制約条件を満たすかどうかを判断する(ステップS5)。制約条件を満たさない場合は、ステップS8に遷移する一方、制約条件を満たす場合は、通信状況を取得し、また、周辺情報を取得する(ステップS6)。具体的には、通信中の他の通信機との通信品質を取得し、通信セッション数、トラフィック量またはスループットの少なくとも一つ(通信後情報)を取得する。
そして、通信後情報と通信前情報とが閾値を満たすかどうかを判断し(ステップS7)、満たさない場合は、ステップS8に遷移し、満たす場合は、ステップS4に遷移して、停留状態を継続する。最後に、ステップS8では、移動状態に戻り、終了する。次に、実施例について説明する。
フライトプラン等のスケジュールを用いる場合は、前回のスケジュールで得られた時刻、位置情報と共に、通信前情報および通信後情報を保存し、次回のスケジュールへ反映させることも可能である。このように行く先が決まっている場合には、行くべき地点で通信機が一定数以上存在する場合に、本実施形態に係る移動体制御装置を作動させても良い。存在する通信機が一定数以下の場合には、最低限の滞在(最短時間滞在)しか実施しないようにすることもできる。
制御部7が停留を判断した後、一定距離を進み、通信機が存在するエリアを推定し、その後、そのエリアの中心部へ戻り停留する。航空機のような速度が大きい移動体は、通信機が存在するエリアを推定できた瞬間に停留することはできないため、一旦エリアを通過した後、中心部に戻って旋回飛行をすることとなる。
通信機の存在するエリアが広い場合は、事前に最大エリアを規定して、その中心で停留しても良い。制御部7の判定によって再移動した際に、それ以降の通信機が存在するエリアの中心で停留する。
他の通信機の場所が未知で、移動体の行き先が決まっていない場合は、本実施形態に係る移動体制御装置を機能させて、他の通信機の探査、通信を実施する。
広いエリアでセンサを離散的に配置しているような、センサネットワークなどに本実施形態に係る移動体制御装置を適用することによって、センサが高密度なエリアからの情報を効果的に収集することが可能となる。
移動体が航空機である場合には、制御部7によって停留が選択された時、その場での旋回飛行または減速を実施する。また、現在位置を維持しても良い。このとき、他の通信機との距離や、航空機の制約上、旋回半径に制限があるため、最大旋回半径よりも通信機の存在するエリアが広い場合は、旋回半径毎に分けて通信を実施することが望ましい。
移動体に端末が搭載されている場合には、多くの通信機が属している基地局を探索することによって、潜在的な通信量を推定し、停留または移動をするようにしても良い。
陸上移動手段としての地上移動基地局の場合には、本実施形態に係る移動体制御装置を車などに搭載し、通信前情報のデータを取得する。そして、次に停留するスケジュールを、同じルートを移動する別の車などにネットワーク経由で通知し、周辺位置での停留を促す。また、停留または移動開始(停留解除)を指示する情報を車載のディスプレイに表示するようにしても良い。なお、本実施例は、航空機に適用することも可能である。
停留判定の閾値を、例えば、−70dBm以上で10台の端末が通信前情報の閾値とした場合、Wi−Fiでは移動基地局が発するbeacon信号に対するprobe requestがこの閾値を超えているかどうかで判断しても良い。
以上説明したように、本実施形態によれば、移動体が、通信を実施する前に得られる“粗い情報”を元に停留するかどうかの判断をすることによって、高速で移動するような移動体の停留位置を決定することができる。また、通信を開始した後は、通信状態の詳細なデータを取得することができるので、その結果を用いて別の場所へ移動するかどうかの判断をすることができる。
1 通信前情報取得部
3 通信後情報取得部
5 制約条件監視部
7 制御部

Claims (11)

  1. 無線通信装置を備え、移動体の移動および一定領域内における停留を制御する移動体制御装置であって、
    少なくとも一つの他の無線通信装置から送信された信号を受信し、統計的に処理された通信前情報を取得する通信前情報取得部と、
    前記無線通信装置が他のいずれかの無線通信装置と無線通信を行なうことによって、統計的に処理された通信後情報を取得する通信後情報取得部と、
    前記取得した通信前情報に基づいて、移動中の前記移動体が一定領域内に停留すべきか否かを判定し、停留判定結果を出力する一方、前記移動体が一定領域内に停留している最中に、前記通信後情報に基づいて、前記移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力する制御部と、を備え、
    前記停留判定結果または前記停留解除判定結果に応じて、前記移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えることを特徴とする移動体制御装置。
  2. 前記移動体が一定領域内で停留するための制約条件を満たすか否かを判定し、制約条件判定結果を出力する制約条件監視部を更に備えることを特徴とする請求項1記載の移動体制御装置。
  3. 前記制約条件は、予め定められた前記移動体の移動スケジュールまたは前記移動体の燃料若しくはバッテリの残量であることを特徴とする請求項2記載の移動体制御装置。
  4. 前記通信前情報取得部は、前記他の無線通信装置から送信された信号の受信品質または他の無線通信装置数を通信前情報として取得することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の移動体制御装置。
  5. 前記通信後情報取得部は、通信セッションの数、トラフィック量またはスループットを通信後情報として取得することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の移動体制御装置。
  6. 前記移動体は、航空機であり、前記停留判定結果に応じて、通常飛行している前記航空機を一定領域内で旋回飛行させ、減速させ、または現在位置を維持する指示を与え、または前記停留解除判定結果に応じて、一定領域内で旋回飛行、減速または現在位置を維持している前記航空機体の通常飛行を再開させる指示を与えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の移動体制御装置。
  7. 前記移動体は、陸上輸送手段であり、前記停留判定結果に応じて、通常走行している前記陸上輸送手段を減速させ、または停止させる指示を与え、または前記停留解除判定結果に応じて、一定領域内で減速し、または停止している前記陸上輸送手段の通常走行を再開させる指示を与えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の移動体制御装置。
  8. 前記通信前情報取得部は、フライトプランまたは陸上走行プランのいずれかを含むスケジュール情報を取得し、
    前記制御部は、前回のスケジュールで得られた時刻、位置情報に基づいて、前記停留判定結果または前記停留解除判定結果を出力することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の移動体制御装置。
  9. 前記通信前情報取得部は、フライトプランまたは陸上走行プランのいずれかを含むスケジュール情報を取得し、
    前記制御部は、次に停留するスケジュールを、同じ経路またはルートを移動する別の航空機または陸上輸送手段にネットワーク経由で通知することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の移動体制御装置。
  10. 無線通信装置を備え、移動体の移動および一定領域内における停留を制御する移動体制御装置の移動体制御方法であって、
    少なくとも一つの他の無線通信装置から送信された信号を受信し、統計的に処理された通信前情報を取得するステップと、
    前記無線通信装置が他のいずれかの無線通信装置と無線通信を行なうことによって、統計的に処理された通信後情報を取得するステップと、
    前記取得した通信前情報に基づいて、移動中の前記移動体が一定領域内に停留すべきか否かを判定し、停留判定結果を出力する一方、前記移動体が一定領域内に停留している最中に、前記通信後情報に基づいて、前記移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力するステップと、
    前記停留判定結果または前記停留解除判定結果に応じて、前記移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与えるステップと、を含むことを特徴とする移動体制御方法。
  11. 無線通信装置を備え、移動体の移動および一定領域内における停留を制御する移動体制御装置のプログラムであって、
    少なくとも一つの他の無線通信装置から送信された信号を受信し、統計的に処理された通信前情報を取得する処理と、
    前記無線通信装置が他のいずれかの無線通信装置と無線通信を行なうことによって、統計的に処理された通信後情報を取得する処理と、
    前記取得した通信前情報に基づいて、移動中の前記移動体が一定領域内に停留すべきか否かを判定し、停留判定結果を出力する一方、前記移動体が一定領域内に停留している最中に、前記通信後情報に基づいて、前記移動体の停留を解除するか否かを判定し、停留解除判定結果を出力する処理と、
    前記停留判定結果または前記停留解除判定結果に応じて、前記移動体を一定領域内に停留させる指示を与え、または一定領域内に停留している移動体の移動を再開させる指示を与える処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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