JP6689916B2 - 通信中継装置、システム、管理装置、並びに、通信中継装置の飛行を制御する方法及びプログラム - Google Patents
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Description
前記通信中継装置の周辺に発生している強風の影響を低減するように決定された飛行制御情報に基づいて前記通信中継装置の飛行を制御する飛行制御手段を備える。
また、通信中継装置において、外部に設けられたドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している強風の影響を低減するように決定された前記通信中継装置の飛行制御情報を受信する手段を備えてもよい。
前記ドップラーレーダは、前記通信中継装置と移動通信網との通信を中継する地上又は海上のフィーダ局に設けてもよい。
また、前記通信中継装置において、前記ドップラーレーダで前記強風を探知する探知対象空間は、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及び前記通信中継装置に設けられた測定装置で測定された気象測定データの少なくとも一つに基づいて絞り込んでもよい。
また、前記通信中継装置は100[km]以下の高度に位置してもよい。
また、本発明の更に他の態様に係るプログラムは、端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し自律制御又は外部から制御により上空を飛行可能な通信中継装置の飛行の制御を、コンピュータ又はプロセッサに実行させるためのプログラムであって、前記通信中継装置の周辺に発生している強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定させるためのプログラムコードと、前記飛行制御情報に基づいて前記通信中継装置の飛行を制御させるためのプログラムコードと、を有する。
また、本発明の更に他の態様に係る記録媒体は、コンピュータ又はプロセッサに読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体であって、前記プログラムは、端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し自律制御又は外部から制御により上空を飛行可能な通信中継装置の飛行の制御を、コンピュータ又はプロセッサに実行させるためのプログラムあり、前記通信中継装置の周辺に発生している強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定させるためのプログラムコードと、前記飛行制御情報に基づいて前記通信中継装置の飛行を制御させるためのプログラムコードと、を有する。
図1は、本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第5世代又は第5世代以降の次々世代の移動通信の3次元化ネットワークの実現に適する。なお、本明細書に開示する通信システム、無線中継局、基地局、リピータ及び端末装置に適用可能な移動通信の標準規格は、第5世代の移動通信の標準規格、及び、第5世代以降の次々世代の移動通信の標準規格を含む。
図2のHAPS10は、ソーラープレーンタイプのHAPSであり、長手方向の両端部側が上方に沿った主翼部101と、主翼部101の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ103とを備える。主翼部101の上面には、太陽光発電機能を有する太陽光発電部としての太陽光発電パネル(以下「ソーラーパネル」という。)102が設けられている。また、主翼部101の下面の長手方向の2箇所には、板状の連結部104を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド105が連結されている。各ポッド105の内部には、ミッション機器としての中継通信局110と、バッテリー106とが収容されている。また、各ポッド105の下面側には離発着時に使用される車輪107が設けられている。ソーラーパネル102で発電された電力はバッテリー106に蓄電され、バッテリー106から供給される電力により、プロペラ103のモータが回転駆動され、中継通信局110による無線中継処理が実行される。
図3のHAPS20は、無人飛行船タイプのHAPSであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。HAPS20は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体201と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ202と、ミッション機器が収容される機器収容部203とを備える。機器収容部203の内部には、中継通信局210とバッテリー204とが収容されている。バッテリー204から供給される電力により、プロペラ202のモータが回転駆動され、中継通信局210による無線中継処理が実行される。
複数のHAPS10,20は、上空で互いに光通信によるHAPS間通信ができるように構成され、3次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるロバスト性に優れた無線通信ネットワークを形成する。この無線通信ネットワークは、各種環境や各種情報に応じたダイナミックルーティングによるアドホックネットワークとして機能することもできる。前記無線通信ネットワークは、2次元又は3次元の各種トポロジーを有するように形成することができ、例えば、図4に示すようにメッシュ型の無線通信ネットワークであってもよい。
なお、図5において、前述の図1と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
図5の中継通信局110,210はリピータータイプの中継通信局の例である。中継通信局110,210はそれぞれ、3Dセル形成アンテナ部111と、送受信部112と、フィード用アンテナ部113と、送受信部114と、リピーター部115と、監視制御部116と、電源部117とを備える。更に、中継通信局110,210はそれぞれ、HAPS間通信などに用いる光通信部125と、ビーム制御部126とを備える。
図7の中継通信局110,210は基地局タイプの中継通信局の例である。
なお、図7において、図6と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図7の中継通信局110,210はそれぞれ、モデム部118を更に備え、リピーター部115の代わりに基地局処理部119を備える。更に、中継通信局110,210はそれぞれ、光通信部125とビーム制御部126とを備える。
図8の中継通信局110,210はエッジコンピューティング機能を有する高機能の基地局タイプの中継通信局の例である。なお、図8において、図6及び図7と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図8の中継通信局110,210はそれぞれ、図7の構成要素に加えてエッジコンピューティング部120を更に備える。
図11において、HAPS10は、前述の複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択し(S101)、HAPS10の周辺に発生した突風等の強風の探知結果を含む環境情報及び装置状態情報の最新情報を取得する(S102)。次に、HAPS10は、選択した飛行パターンについて、取得した環境情報及び装置状態情報に基づいて飛行制御データベースを参照し、探知した突風等の強風の影響を低減することができる飛行制御情報(例えば、複数のプロペラ103それぞれの回転駆動の制御パラメータの値)を決定し(S103)、その決定した飛行制御情報に基づいて飛行制御を実行する(S104)。次に、HAPS10は、飛行制御中又は飛行制御後に飛行結果情報(例えば、HAPS10の位置及び姿勢、周辺の風速など)を取得し(S105)、取得した飛行結果情報に基づいて前述の機械学習を行い(S106)、突風等の強風の位置や種類及び飛行パターンごとに、突風等の強風の影響を最も低減することができるように飛行制御データベースを更新する(S107)。
図13において、遠隔制御装置85は、前述のHAPS10で用いる複数種類の飛行パターンから一つの飛行パターンを選択する(S201)。フィーダ局70に設置されたドップラーレーダ71は、HAPS10の周辺に発生している突風などの強風を探知し(S202)、その強風探知情報を遠隔制御装置85に送信する(S203)。HAPS10は、強風探知情報以外の環境情報と装置状態情報の最新情報とを取得し(S204)、遠隔制御装置85に送信する(S205)。
20 HAPS(飛行船タイプ)
40 セル形成目標空域
41,42,43 3次元セル
50 HAPSが位置する空域
60 ドローン
65 飛行機
70 フィーダ局
71 ドップラーレーダ
72 人工衛星
80 移動通信網
85 遠隔制御装置(管制センター)
100,200、300 ビーム
101 主翼部
102 ソーラーパネル(太陽光発電パネル)
103,202 プロペラ
104 連結部
105 ポッド
106 バッテリー
107 車輪
108 受電用ポッド
110,210 中継通信局
111 3次元(3D)セル形成アンテナ部
112 送受信部
113 フィード用アンテナ部
114 送受信部
115 リピーター部
116 監視制御部
117 電源部
118 モデム部
119 基地局処理部
120 エッジコンピューティング部
125 光通信部
126 ビーム制御部
130,230 光アンテナ装置
135,235 ドップラーレーダ
141 モータ駆動部
161 環境情報取得部
162 装置状態情報取得部
163 飛行制御データベース
164 飛行パターン記憶部
165 飛行制御情報決定部
166 飛行制御部
167 飛行結果情報取得部
168 環境情報送信部
169 装置状態情報送信部
170 飛行制御情報受信部
171 飛行結果情報送信部
851 環境情報受信部
852 装置状態情報受信部
853 飛行制御データベース
854 飛行パターン記憶部
855 飛行制御情報決定部
856 飛行制御情報送信部
857 飛行結果情報受信部
858 強風探知情報取得部
Claims (18)
- 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し上空を飛行可能な通信中継装置であって、
前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果を含む環境情報と前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果に基づいて決定した飛行制御情報と前記通信中継装置の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを含む飛行制御データベースと、
前記通信中継装置について現在の前記環境情報及び前記装置状態情報を取得する手段と、
前記飛行制御データベースに格納されている前記関係データと、前記通信中継装置について取得された前記現在の環境情報及び装置状態情報とに基づいて、前記通信中継装置の周辺における強風を予測する手段と、
前記強風の予測結果に基づいて、前記予測した強風の影響を低減するように飛行制御情報を決定する手段と、
前記決定された飛行制御情報に基づいて前記通信中継装置の飛行を制御する飛行制御手段と、を備えることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1の通信中継装置において、
前記飛行制御データベースは、前記飛行制御情報と前記環境情報と前記装置状態情報と制御後の実際の飛行制御結果情報とに基づいて機械学習して前記関係データを更新することを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1又は2の通信中継装置において、
前記飛行制御情報は、前記通信中継装置の飛行の方向、速度、高度、姿勢、飛行ルート及び飛行パターンの少なくとも一つを制御するための情報を含むことを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1乃至3のいずれかの通信中継装置において、
前記通信中継装置の周辺における風の方向及び速度を観測することにより前記通信中継装置の周辺に発生している強風を探知するドップラーレーダと、
前記ドップラーレーダによって探知された前記強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定する手段と、を備えることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1乃至3のいずれかの通信中継装置において、
外部に設けられたドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している強風の情報を受信する手段と、
前記通信中継装置の周辺に発生している前記強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定する手段と、を備えることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1乃至3のいずれかの通信中継装置において、
外部に設けられたドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している強風の影響を低減するように決定された前記通信中継装置の飛行制御情報を受信する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項5又は6の通信中継装置において、
前記ドップラーレーダは、前記通信中継装置と移動通信網との通信を中継する地上又は海上のフィーダ局に設けられていることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項4乃至7のいずれかの通信中継装置において、
前記ドップラーレーダで前記強風を探知する探知対象空間は、前記通信中継装置の現在位置及び飛行ルートの情報に基づいて絞り込まれることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項4乃至8のいずれかの通信中継装置において、
前記ドップラーレーダで前記強風を探知する探知対象空間は、過去の高層気象観測データの統計値、直近の高層気象観測データ及び前記通信中継装置に設けられた測定装置で測定された気象測定データの少なくとも一つに基づいて絞り込まれることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1乃至9のいずれかの通信中継装置において、
前記強風の気流に流されるときは、滑空飛行を行ってプロペラの回転による発電を行いながら移動するように飛行制御を行うことを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1乃至10のいずれかの通信中継装置において、
地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に3次元セルを形成し、
前記セル形成目標空域の高度は10[km]以下であることを特徴とする通信中継装置。 - 請求項1乃至11のいずれかの通信中継装置において、
100[km]以下の高度に位置することを特徴とする通信中継装置。 - 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し上空を飛行可能な通信中継装置と、前記通信中継装置の周辺における風の方向及び速度を観測することにより前記通信中継装置の周辺に発生している強風を探知する地上又は海上に設けられたドップラーレーダと、前記通信中継装置を管理する管理装置と、を備えるシステムであって、
前記管理装置は、
前記通信中継装置の周辺に発生した強風を前記ドップラーレーダで探知した探知結果を含む環境情報と前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果に基づいて決定した飛行制御情報と前記通信中継装置の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを含む飛行制御データベースと、
前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とを取得する手段と、
前記飛行制御データベースに格納されている前記関係データと、前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とに基づいて、前記通信中継装置の周辺における強風を予測する手段と、
前記強風の予測結果に基づいて、前記予測した強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定する手段と、
前記飛行制御情報を前記通信中継装置に送信する手段と、を備えることを特徴とするシステム。 - 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し上空を飛行可能な通信中継装置を管理する地上、海上又は上空に位置する管理装置であって、
前記通信中継装置の周辺に発生した強風をドップラーレーダで探知した探知結果を含む環境情報と前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果に基づいて決定した飛行制御情報と前記通信中継装置の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを含む飛行制御データベースと、
前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とを取得する手段と、
前記飛行制御データベースに格納されている前記関係データと、前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とに基づいて、前記通信中継装置の周辺における強風を予測する手段と、
前記強風の予測結果に基づいて、前記予測した強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定する手段と、
前記飛行制御情報を前記通信中継装置に送信する手段と、を備えることを特徴とする管理装置。 - 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し上空を飛行可能な通信中継装置の飛行を制御する方法であって、
前記通信中継装置が、前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果を含む環境情報と前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果に基づいて決定した飛行制御情報と前記通信中継装置の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶することと、
前記通信中継装置が、前記通信中継装置について現在の前記環境情報及び前記装置状態情報を取得することと、
前記通信中継装置が、前記関係データと、前記通信中継装置について取得された前記現在の環境情報及び装置状態情報とに基づいて、前記通信中継装置の周辺における強風を予測することと、
前記通信中継装置が、前記強風の予測結果に基づいて、前記予測した強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定することと、
前記通信中継装置が、前記飛行制御情報に基づいて前記通信中継装置の飛行を制御することと、を含むことを特徴とする方法。 - 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し上空を飛行可能な通信中継装置の飛行を制御する方法であって、
前記通信中継装置を管理する地上、海上又は上空に位置する管理装置が、前記通信中継装置の周辺に発生した強風をドップラーレーダで探知した探知結果を含む環境情報と前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果に基づいて決定した飛行制御情報と前記通信中継装置の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶することと、
前記管理装置が、前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とを取得することと、
前記管理装置が、前記関係データと、前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とに基づいて、前記通信中継装置の周辺における強風を予測することと、
前記管理装置が、前記強風の予測結果に基づいて、前記予測した強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定することと、
前記管理装置が、前記飛行制御情報を前記通信中継装置に送信することと、を含むことを特徴とする方法。 - 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し上空を飛行可能な通信中継装置の飛行の制御を、前記通信中継装置に設けられたコンピュータ又はプロセッサに実行させるためのプログラムであって、
前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果を含む環境情報と前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果に基づいて決定した飛行制御情報と前記通信中継装置の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶するためのプログラムコードと、
前記通信中継装置について現在の前記環境情報及び前記装置状態情報を取得するためのプログラムコードと、
前記関係データと、前記通信中継装置について取得された前記現在の環境情報及び装置状態情報とに基づいて、前記通信中継装置の周辺における強風を予測するためのプログラムコードと、
前記強風の予測結果に基づいて、前記予測した強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定するためのプログラムコードと、
前記飛行制御情報に基づいて前記通信中継装置の飛行を制御するためのプログラムコードと、を有することを特徴とするプログラム。 - 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局を搭載し上空を飛行可能な通信中継装置の飛行の制御を、前記通信中継装置を管理する地上、海上又は上空に位置する管理装置に設けられたコンピュータ又はプロセッサに実行させるためのプログラムであって、
前記通信中継装置の周辺に発生した強風をドップラーレーダで探知した探知結果を含む環境情報と前記通信中継装置の周辺に発生した強風の探知結果に基づいて決定した飛行制御情報と前記通信中継装置の状態を示す装置状態情報との関係を示す関係データを記憶するためのプログラムコードと、
前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とを取得するためのプログラムコードと、
前記関係データと、前記ドップラーレーダによって探知された前記通信中継装置の周辺に発生している現在の強風の情報と、前記通信中継装置の現在位置とに基づいて、前記通信中継装置の周辺における強風を予測するためのプログラムコードと、
前記強風の予測結果に基づいて、前記予測した強風の影響を低減するように前記通信中継装置の飛行制御情報を決定するためのプログラムコードと、
前記飛行制御情報を前記通信中継装置に送信するためのプログラムコードと、を有することを特徴とするプログラム。
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