JP2004336408A - 通信ネットワークの構築方法および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】インフラとして安価で、メンテナンスも容易で、かつ人口密度の低い地域にも通信エリアを拡大することができる通信システムを提供すること。
【解決手段】基地局１０１は、全てのユーザをカバーできるように、また、その時点で一番有利なネットワーク構成になるように小型飛行物１０２の配置を決定する。移動局１０３と小型飛行物１０２、小型飛行物同士、小型飛行物１０２と基地局１０１との間の間隔はそれぞれ所定の距離以下となるように各小型飛行物は配置される。次に、配置が終了した小型飛行物を介し、基地局１０１と移動局１０３間の通信経路をうまくルーティングする。すなわち、トラフィックが分散されるようにルーティングが行われる。移動局１０３は、決定された通信ルートを使用し、基地局１０１と通信を開始する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線を利用した通信ネットワークの構築方法および通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等に代表される移動体通信システムにおいては、音声通信のみならず、情報のマルチメディア化に伴い、静止画像、動画像等の大容量データをも処理するようになっている。そして今後は、ますますデータの高レート化が進むことが予想されるため、周波数帯域の広いマイクロ波帯を無線信号として利用することが検討されている。
【０００３】
しかし、マイクロ波帯は、伝送距離による信号の減衰が大きいため、基地局がカバーするセルの半径を小さくせざるを得ない。よって、通信不能なエリアがないようにセルを配置するためには、多数の基地局を設置しなければならない。この多数の基地局を設置しなければならないという点は、人口密度の高い地域においては充分な費用対効果が得られるために問題として顕在化しないが、人口密度の低い地域においては大きな問題となる。この問題点を解消するために、衛星通信（図１６）、ＨＡＰＳ（Ｈｉｇｈ Ａｔｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｓｔａｔｉｏｎｓ）システム（図１７）を利用したり、基地局の送信電力を高出力化したり、アダプティブアレイアンテナを搭載したり（図１８）、アドホックネットワーク（図１９）、低周波数帯の無線信号（図２０）を利用したり、光ファイバによるＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）もしくはリピータ（中間増幅器）等を利用すること（図２１）が考えられている。
【０００４】
ＨＡＰＳシステムとは、国際電気通信連合（ＩＴＵ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ）が無線通信規則において規定した成層圏プラットフォームを使用する通信システムである。この通信システムは、高度約２０ｋｍの成層圏に無線中継基地（ＨＡＰＳ）を置き、経済的な広帯域通信、地域に密着した放送、または高分解能な観測等に使用される。また、図１７に示すように上空１０ｋｍ程度の高さに全長２００〜３００ｍ程度の飛行船をＨＡＰＳとして飛ばす例もある。
【０００５】
また、アドホックネットワークとは、移動局間で動的に構成される自律分散型ネットワークのことである。このネットワークは、無線ＬＡＮのようなアクセスポイントを必要とせず、互いに無線で接続される通信端末（パソコン、ＰＤＡ、携帯電話等）Ｔ１〜Ｔ１０のみで構成される（図１９参照）。このネットワークにおいては、通常の移動体通信システムにあるような基地局等の中央調停機構はなく、ステーションと呼ばれるｎ個の端末から構成され、各ステーションは、通信チャネル（チャネルごとに周波数が異なる）を指定し、そのチャネルを用いて送受信を行う。
【０００６】
従来の通信システムの一例として、デジタル化された通信信号の中継を、ライトプレーンと呼ばれる物体に中継機器を積載し、多数飛行させることにより行わせるものがある（例えば、特許文献１参照）。これらの飛行物体は、上空１０キロメートル〜１０００キロメートル程（高密度の大気圏以上の高度）の空間に静止もしくは低速度でフライトを行い、互いに数百キロメートル〜数千キロメートル間隔で展開される。そして、互いに電波回線で結ばれる事により長距離間の通信サービスを行っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−１４３０４６号公報（第２−３頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の通信ネットワークの構築方法には以下の課題がある。
【０００９】
ＨＡＰＳシステムは、インフラ（ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が高価であり、送信側と受信側の間の伝搬路に障害物があると使用できない。さらに、電波が微弱なため、移動局側も指向性通信をする必要があり、回路規模が大きくなる。また、ＨＡＰＳは巨大で目立つため、上空高くあっても地上にいる人間から見えてしまい、気になる。上空の大気状態によって通信状況が悪化する。メンテナンスも困難であり、障害時の復旧に時間がかかる。
【００１０】
アドホックネットワークは、中継局の役割を果たす移動局は互いに独立した存在であるため、ユーザの回りに中継してくれる移動局がいなければ通信できないし、通信していても中継局が遠くに離れてしまったり、勝手に電源をオフにされると接続が急に切断されるというような、必ず通信できるという保証がない不安定なシステムである。また、他人が行う通信のために自分の通信端末の電池が消耗してしまい、課金システムを構築するのも困難である。さらに、基地局に近づくにつれ多数のユーザの通信信号が多重されることになるので、データレートが膨大になる。上り回線と下り回線の両方の変復調機能が必要になる。そして、それぞれの移動局が同じエアー・インターフェースを有していなければならない。
【００１１】
光ファイバによるＲＯＦもしくはリピータを使用する場合、前進アンテナを設置する必要があり、その設置費用やメンテナンス費用が膨大になる。また、ＲＯＦは光ケーブル借料がかかる。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、インフラとして安価で、メンテナンスも容易で、かつ人口密度の低い地域にも通信エリアを拡大することができる通信ネットワークの構築方法および通信システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の通信ネットワークの構築方法は、基地局と複数の移動局との間で通信が行われる通信ネットワークの構築方法であって、前記基地局と前記複数の移動局との間で行われる通信の中継を複数の小型飛行物によって行わせ、前記複数の小型飛行物を前記複数の移動局の分布に応じた特定の位置に静止させ、または前記複数の移動局の分布に応じた特定のルートを飛行させ、前記複数の移動局の分布が変化した場合、前記特定の位置または特定のルートを適応的に変更する、ようにした。
【００１４】
本発明の通信システムは、基地局と、前記基地局と通信を行う移動局と、前記基地局と前記移動局との間の通信を中継する複数の中継局と、を有する通信システムであって、前記複数の中継局は、所定の高度および所定の速度以上で飛行し、飛行時に地上から目視で目立たない程度に小型であり、前記移動局と前記複数の中継局のうちの一の中継局との間隔、前記複数の中継局同士の間隔、および前記複数の中継局のうちの一の中継局と前記基地局との間隔がそれぞれ所定値以下となるように前記移動局と前記基地局との間の上空に前記複数の中継局を動的に配置するマッピング手段と、前記マッピング手段によって配置された前記複数の中継局を介し、前記移動局と前記基地局との間の通信ルートを構築するルーティング手段と、を具備する構成を採る。
【００１５】
本発明の通信システムは、上記の構成において、前記マッピング手段は、前記複数の中継局のうちの一の中継局を前記移動局に追尾させるように配置する、構成を採る。
【００１６】
本発明の通信システムは、上記の構成において、前記移動局において所定値以上の高拡散率で拡散され時間ダイバーシチ送信された発呼信号を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて前記移動局の分布を測定する測定手段と、をさらに具備し、前記マッピング手段は、測定された前記移動局の分布に基づいて前記移動局と前記複数の中継局のうちの一の中継局との間隔が所定値以下となるようにこの中継局をマッピングする、構成を採る。
【００１７】
本発明の通信システムは、前記複数の中継局のうちの一の中継局が前記マッピング手段によって配置された位置から離れる場合、前記複数の中継局のうちの他の中継局に前記一の中継局の代わりをさせる、構成を採る。
【００１８】
本発明の通信システムは、前記複数の中継局のうち、故障した中継局を検出し、自動回収する小型飛行物をさらに具備する、構成を採る。
【００１９】
本発明の通信システムは、前記複数の中継局は、前記基地局と前記移動局との間の通信を中継する機能の他に、前記基地局と前記移動局との間の通信データを運搬する機能をさらに具備する、構成を採る。
【００２０】
これらの構成によれば、インフラとして安価で、メンテナンスも容易で、かつ人口密度の低い地域にも通信エリアを拡大することができる通信システムを提供することができる。また、移動局の位置等に応じて、柔軟にネットワーク構成を変更することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、小型で飛行する能力を有するため、自由に移動ができる物体を移動局の位置または分布に応じて飛行させ、基地局と移動局との通信の中継を行わせることにより、状況に応じ柔軟に通信ネットワーク構成を変更できる通信システムを提供することである。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信システムによって構築される通信ネットワークの概要を示す図である。この通信システムは、基地局（ＢＳ）１０１、携帯電話（移動局；ＭＳ）１０３−１〜１０３−４、および、携帯電話１０３−１〜１０３−４と基地局１０１との間の通信の中継を行う小型飛行物（中継局）１０２−１〜１０２−７からなる。なお、携帯電話および小型飛行物の数は単なる一例を示したにすぎない。
【００２４】
ここで、小型飛行物とは、ラジコン（ｒａｄｉｏ ｃｏｎｔｒｏｌ）のヘリコプタもしくは飛行機、または小鳥もしくは昆虫（例えば、蜜蜂）のような、小型で自力で飛行する能力を有している物体のことを指している。このとき、小鳥もしくは昆虫のような生物を使用する場合には、この生物の脳の部分に電極を差し込む等して、基地局１０１の管理の下、飛行させるようにしなければならない。
【００２５】
小型飛行物１０２−１〜１０２−７には、リピータ（中継増幅機）と同様の中継増幅機能が搭載されており、小型飛行物同士は、互いに無線で接続される。例えば、接続相手の中継局に対し、通信チャネル（チャネルごとに周波数が異なる）を指定し、そのチャネルを用いて送受信を行う。
【００２６】
小型飛行物１０２−１〜１０２−７の大きさは、例えば、携帯端末程度の大きさ、あるいはその数倍以下程度が望ましい。しかし、飛行時に、地上にいる人間から見て気にならない程度の大きさであれば良く、飛行高度の設定によってはかなり大きなものまで許容される。
【００２７】
小型飛行物１０２−１〜１０２−７が飛行時に出す騒音は、夜間等の静かな環境においても人間の気にならない存在とするために、比較的小さいものである必要がある。小型飛行物の飛行高度は、特に限定しないが、移動局の送信パワを軽減すること、または地上への影響（他の通信システムへの影響等）を考慮すると、数十メートル〜数百メートル程度の範囲の高度が望ましい。
【００２８】
小型飛行物１０２−１〜１０２−７の動力源は、特に限定しないが、電力によるものが望ましく、例えば、ラジコン（ｒａｄｉｏ ｃｏｎｔｒｏｌ）のヘリコプタのようなものは実現し易い。
【００２９】
小型飛行物１０２−１〜１０２−７の飛行速度は、特に限定しないが、基地局から指定された位置にあまり時間をかけずに到着することが要求されるので、一定レベル以上の飛行速度が必要である。
【００３０】
小型飛行物１０２−１〜１０２−７の飛行持続時間は、特に限定しないが、通信システムを構築するためには１時間程度は連続して飛行できることが望ましい。
【００３１】
図２は、基地局１０１内部の主要な構成を示すブロック図である。基地局１０１は、送受信部１５１、ＭＳ分布測定部１５２、ＭＳマッピング部１５３、およびルーティング部１５４を有している。送受信部１５１は、小型飛行物１０２−１〜１０２−７との通信を行う回路である。ＭＳ分布測定部１５２は、携帯電話１０３−１〜１０３−４の分布を測定する回路である。ＭＳマッピング部１５３は、小型飛行物１０２−１〜１０２−７の配置を決定する回路である。ルーティング部１５４は、携帯電話１０３−１〜１０３−４と自局との間の通信の経路を決定する回路である。
【００３２】
次いで、上記の通信ネットワークを構築する手順について、図３に示すフロー図を用いて説明する。
【００３３】
移動局は、超多数チップ（著しく高い拡散率）による拡散と時間ダイバーシチとを組み合わせた方法により発呼を行う（ＳＴ１０１０）。これは、発呼信号自体は低レートの信号であるので、伝送レートは重要ではなく、可能な限り伝送距離を長くするためである。これにより、微弱電力の電波でも基地局に届かせることができる。よって、小型飛行物が近くに存在しない場所においても発呼が可能となる。なお、送信方法は上記の方法以外でも良い。例えば、低周波数帯域の無線信号を使ったり、指向性送信を行うことにより同様の効果を得ることができる。
【００３４】
基地局１０１内のＭＳ分布測定部１５２は、送受信部１５１を介して検出された移動局からの発呼に基づいて、基地局１０１が管理するエリア内にいるユーザ（移動局）の分布を測定する（ＳＴ１０２０）。この基地局１０１が管理するエリアとは、従来のセルラ方式におけるセルとは異なった概念のものであり、後述する移動局の飛行ルートを決定する際の基準となるエリアである。よって、かなり広範囲であり、隣の基地局が管理するエリアと多くの部分が重なっていても構わない。
【００３５】
ＭＳマッピング部１５３は、ＭＳ分布測定部１５２から出力されたユーザ分布に関する情報に基づいて、基本的に全てのユーザをカバーできるように、また、その時点で一番有利なネットワーク構成になるように小型飛行物の配置（マッピング）を決定する（ＳＴ１０３０）。既に、この移動局の近くに小型飛行物が配置されている場合には、この小型飛行物を派遣するようにする。このとき、移動局と小型飛行物、小型飛行物同士、小型飛行物と基地局との間でそれぞれ通信が可能なように、移動局と小型飛行物と基地局との間の間隔がそれぞれ所定の距離以下となるように各小型飛行物は配置される。
【００３６】
小型飛行物は、基地局の管理下にあるインフラであり、通信の中継をする必要がないときは基地局に格納されている。そして、ＭＳマッピング部１５３によってマッピングが決定されたら、基地局１０１から発進し（ＳＴ１０４０）、基地局が決定した飛行ルートで飛行し、基地局１０１が決定した接続相手（移動局または小型飛行物）と接続する。移動局は、基地局１０１から派遣された小型飛行物と接続する（ＳＴ１０５０）。
【００３７】
次に、ルーティング部１５４は、配置が終了した小型飛行物を介し、基地局１０１と移動局間の通信経路をうまくルーティングする（ＳＴ１０６０）。すなわち、小型飛行物は、基本的に最も近い位置にいる小型飛行物と接続するようにする。また、基地局１０１の近くでは、特定の小型飛行物にトラフィックが集中することを防止するため、基地局１０１の近くに複数の小型飛行物を配置し、特定の小型飛行物のみにトラフィックが集中しないように、すなわち、トラフィックが分散されるようにルーティングが行われる。移動局は、決定された通信ルートを使用し（複数の小型飛行物を介し）、基地局１０１と通信を開始する（ＳＴ１０７０）。
【００３８】
図４に示すように、ユーザＵ１が所持する移動局１０３−１から新たな発呼や着呼があった場合には、移動局１０３−１の近くにいた小型飛行物Ｂ３が派遣され、その時点で一番有利なネットワーク構成になるように小型飛行物Ｂ１〜Ｂ５は配置し直される。そして、通信ルートがルーティングされ、また、ネットワークトポロジーも適宜最適化される。なお、ネットワークトポロジーとは、各端末や制御機器の接続形態のことであり、代表的なトポロジーには、スター型ネットワーク、バス型ネットワーク、リング型ネットワーク等がある。また、この図では、小型飛行物の一例として蜜蜂を用いているが、小型飛行物が蜜蜂に限定されるわけではない（以下の図においても同じ）。この図では、ユーザＵ１は、小型飛行物Ｂ３、Ｂ５、Ｂ４、およびＢ２を介し、基地局１０１と通信を行い、ユーザＵ２は、小型飛行物Ｂ１およびＢ２を介し、基地局１０１と通信を行う。この例では、ユーザＵ２の通信ルートに変化はなかった場合を示している。
【００３９】
小型飛行物は、通信ネットワーク構築時には基地局から発進し、役目終了時または残り電力（エネルギー）が少なくなったら、図５（ａ）に示すように、基地局１０１に帰参する。また、残り電力に関わらず定期的に基地局に帰参するように設定しても良い。小型飛行物は、基地局において充電される（図５（ａ）のＢ１１参照）。また、蜜蜂の生態に見られるような互いに蜜を融通し合う行為（図５（ｂ）参照）が可能なように、小型飛行物に、小型飛行物同士で電力をやりとりする機能を持たせれば、小型飛行物は基地局１０１まで帰参しなくても良くなる。このとき、図５（ｃ）に示すように、残り電力が少なくなった小型飛行物Ｂ１２は小型飛行物Ｂ１３に対し、充電を要求する信号Ｓ１を送信する。
【００４０】
小型飛行物が故障した場合、もしくは他の理由により通信システムから離脱しなければならなくなった場合には、図６に示すように、この小型飛行物Ｂ２１に代わり、他の小型飛行物Ｂ２２が基地局１０１が指定した位置または飛行ルートに入り、通信システムを構成する。なお、代理の小型飛行物は、図６に示すように基地局１０１から新たに出動しても良いし、近くの小型飛行物が来ても良い。近くの小型飛行物が来る場合には、その小型飛行物の代理として、さらに別の小型飛行物が来て、結果として順々に小型飛行物のシフトが行われるような状況となり、基地局１０１の近くの小型飛行物の代わりとして、基地局１０１から新たな小型飛行物が発進する。
【００４１】
以上の例では、小型飛行物が移動局の分布に基づいて特定の位置にマッピングされる例を示したが、図７に示すように、移動局の分布に基づいて特定の周回飛行ルートＲ１を設定し、小型飛行物Ｂ３１がこのルートをゆっくり飛行するようにしても良い。このとき、移動局は、自機に小型飛行物が近付いたときのみ通信システムに接続できるようになる。
【００４２】
これにより、基地局１０１が管理する通信エリアの中で、例えば、路地裏のような通常はユーザがいることが予想されないような場所でも、断続的ではあるが通信可能エリアとすることができる。よって、飛行中の小型飛行物の数を維持したまま、基地局１０１が管理する通信エリアを広くすることができる。なお、図７に示すように、この周回ルートの中に基地局１０１を組み込み、定期的に充電およびメンテナンスができるようにしても良い。
【００４３】
このように、本実施の形態によれば、飛行物同士は、空中に位置しているので途中に障害物がない伝搬路を確保でき、信号強度の減衰を抑えることができる。よって、移動局、中継局、および基地局の送信電力を軽減でき、特に、移動局の電池の寿命を長くすることができる。基地局は、高出力なアンプまたはアンテナを設置する必要がない。
【００４４】
また、図８に示すように、基地局１０１が管理するエリア内で災害が発生した時に、移動局１０３に対し、他のエリアの基地局２０１（通常時は移動局２０３−１〜２０３−３を収容する基地局）から小型飛行物Ｂ４１を派遣させることにより、迅速に通信ネットワークを構築することができ、移動局１０３は通信Ｃ１を行うことができる。
【００４５】
さらに、小型飛行物は、マン−マシン・インタフェースが不要であるので、実機の機器として実現する上での制約が、ユーザ所有の通信端末より緩和される。リピータもしくはＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）を使用するときのように、インフラを設置するコストや借料がかからない。
【００４６】
また、衛星通信を使用する問題点、すなわち、インフラが高価である、通信信号（特に音声信号）の伝送遅延が大きい、送信側と受信側の間の見通しが良くないと（障害物があると）使えない、微弱電波なため移動局側にも指向性通信機能が必要、メンテナンスが困難なため障害が発生した際に復旧に長時間かかる、という問題も解消される。
【００４７】
また、高出力基地局もしくはアダプティブアレイアンテナ搭載の基地局の問題点、すなわち、局舎が巨大になる、下り回線は比較的良いが通信端末からの上り回線が大電力になるため通信端末の電池寿命が短くなる、伝送遅延時間の長いマルチパスが発生し伝送効率が低下する、人口密度が少なくてもデータ伝送にかかる通信時間の観点から、ある程度のデータレートを確保する必要があるが、セルエッジ（隣接セルとの境界付近の領域）では不可能である、という問題も解消される。
【００４８】
また、アドホックネットワークの問題点、すなわち、通信の確実性（情報が確実に通信相手に到達するか否か）がない、他人の通信のために自機の電力が消費される、基地局に近づくにつれ通信データ量が膨大になる、という問題も解消される。
【００４９】
また、低周波数帯の無線信号は、使用可能帯域が狭いために低レートの通信しかできないという問題も解消される。
【００５０】
さらに、本発明の効果を移動局のユーザ側の観点から考えてみると、例えば、人口密度の低い田舎に住んでいる人も人口密度の高い都会に住んでいる人と同様に携帯電話等を利用した通信を行うことが可能となり、通信の公平性が増す。
【００５１】
また、都会に住んでいるようなユーザでも、本発明の恩恵を受けることができる。例えば、このユーザが忙しい仕事の合間をぬって休日に行く山登りを趣味にしていたような場合、本発明の携帯電話は、干渉信号除去の機能や長寿命のバッテリ等の余計な構成を必要としないので非常にコンパクトであり、山登りに邪魔にならない。そして、山登りに携帯電話を持っていくことで遭難時にもすぐに救助を求めることができるようになる。しかも、連日続いた忙しい仕事がようやく終わって、待ちに待った週末の山登りの当日の朝になって初めて、携帯電話の充電を忘れていたことに気付いても慌てる必要がない。本発明の携帯電話は消費電力も少ないので、たとえ残りバッテリ容量が少なくても、遭難時にのみ電源を入れて発呼をし、その後、近寄ってきた中継局と短距離の通信を行うことが可能だからである。
【００５２】
なお、ここでは、中継局をマッピングする処理およびルーティング処理を基地局が行う場合を例にとって説明したが、これらの処理を特定の中継局が実行しても良い。例えば、上記の処理を行う機能を特定の中継局（専用機）のみに搭載しても良いし、全ての中継局に搭載し、状況に応じてある中継局のみが上記の処理を行うようにしても良い。
【００５３】
また、図９に示すように、小型飛行物Ｂ５１は、あたかも蜜蜂が自分の巣に帰るように適宜基地局１０１へ帰参して通信データを受け取り、移動局１０３にこの通信データを直接運んでも良い。特に、ノンリアルタイムデータや大容量データの場合に有効である。
【００５４】
また、ここでは、中継局をマッピングする処理およびルーティング処理を１つの基地局が集中管理する場合を例にとって説明したが、各中継局が互いに連絡をとりあいながら、自律的にこの処理を行っても良い。例えば、図４に示すような場合においては、小型飛行物Ｂ１が、現在自機が移動局１０３−２の通信の中継中であることを小型飛行物Ｂ３に通知すれば良い。そうすれば、移動局１０３−１から発呼を受けた小型飛行物Ｂ３は、別の通信ルートを探し、最終的に小型飛行物Ｂ５、Ｂ４、Ｂ２を介した通信ルートを検出することができる。また、図１０に示すように、周回中の小型飛行物Ｂ５５がユーザＵ３からの発呼を受信した場合、自機の近くにいる小型飛行物Ｂ５６に連絡して通信ルートを開きながら、ユーザＵ３のいる場所に向かうようにしても良い。
【００５５】
また、図１１に示すように、小型飛行物に指向性通信機能を搭載し、小型飛行物同士の通信Ｃ２、Ｃ３を指向性通信としても良い。これにより、電波の利用効率を向上させることができる上に送信電力の削減も可能となる。さらに、送信信号が遠くまで届くことになるので、必要な中継局の数を減らすことができる。なお、この図では、指向性通信機能のわかりやすいイメージとしてパラボラ・アンテナを用いたが、これに限定されるわけではない。
【００５６】
また、ここでは、移動局が携帯電話である場合を例にとって説明したが、ノート型パソコンのような通信端末が無線ＬＡＮを用いて通信を行うような場合でも良い。
【００５７】
また、小型飛行物にロボットのような機能を付加すれば、強風時には小型飛行物が木や電柱等にしがみつくことで吹き飛ばされるのを防止することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係る通信システムによって構築される通信ネットワークの概要を示す図である。なお、この通信システムは、図１に示した通信システムと同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態の特徴は、小型飛行物が移動局の動きに併せて、１対１で追尾することである。
【００６０】
長時間の通信を行うユーザや高速に移動しているユーザ（Ｕ４）には、そのユーザの通信の間、特定の小型飛行物Ｂ６１が１対１で追尾する。その際に、他の小型飛行物は静止もしくは周回ルートを飛行し、電力やネットワークのルーティングをサポートする。
【００６１】
また、このとき、図１３に示すように、小型飛行物Ｂ６１にＧＰＳ等の測位機能を搭載することにより、ユーザ端末（移動局１０３）に測位機能を搭載しなくてもこのユーザ端末の位置を測定することができるようになる。
【００６２】
このように、本実施の形態によれば、移動局の位置に応じて柔軟にネットワーク構成を変更することができる。
【００６３】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３に係る通信システムによって構築される通信ネットワークの概要を示す図である。なお、この通信システムは、図１に示した通信システムと同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態の特徴は、小型飛行物自体にメンテナンス機能を持たせ、インフラを管理する人間の労力を軽減することである。
【００６５】
小型飛行物Ｂ７１、Ｂ７２は、故障が発生しているか否かの診断機能を有する。この機能は、自機の通信状況を監視するような自己診断のシステムでも良いし、図１４（ａ）に示すように、小型飛行物Ｂ７２が他の小型飛行物Ｂ７１の自機との通信Ｃ４、Ｃ５の状況を監視し、故障と診断された場合には、この小型飛行物Ｂ７１に通知するか、または基地局１０１に通知するような、診断システムであっても良い。
【００６６】
そして、故障の可能性があった場合には、図１４（ｂ）に示すように、小型飛行物Ｂ７１は、自分で基地局１０１に帰参して、メンテナンスを受ける。小型飛行物は、飛行機や人工衛星等と違い安価なため、予備機を多数持てるので、ある小型飛行物がメンテナンスを受けている場合でも他の小型飛行物でバックアップが可能である。
【００６７】
さらに、図１４（ｃ）に示すように、故障した小型飛行物Ｂ７１を回収するための回収用小型飛行物Ｐ７１を作って、定期的にパトロールさせ、故障した小型飛行物を発見した際には、この小型飛行物を自動回収するようにしても良い。なお、回収用小型飛行物Ｐ７１は鳩でなくても良い。
【００６８】
さらに、図１５に示すように、太陽電池や予備電池で動作する緊急ビーコン送信機Ｅ８１を小型飛行物Ｂ８１に搭載しても良い。これにより、電池切れや重大な故障等の不測の事態でも、制御が不能となった小型飛行物Ｂ８１を回収用小型飛行物Ｐ７１のパトロールによって発見することができる。
【００６９】
このように、本実施の形態によれば、小型飛行物自体にメンテナンス機能を持たせ、インフラを管理する人間の労力を軽減することができる。
【００７０】
なお、以上の内容は、人口密度の低い場所のみならず人口密度の高い場所でも適用可能であるので、使用場所は限定しない。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インフラとして安価で、メンテナンスも容易で、かつ人口密度の低い地域にも通信エリアを拡大することができる通信システムを提供することができる。また、移動局の位置等に応じて、柔軟にネットワーク構成を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る通信システムによって構築される通信ネットワークの概要を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る基地局内部の主要な構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る通信ネットワークを構築する手順について示すフロー図
【図４】移動局の発呼によってネットワーク構成を変更する場合を説明した図
【図５】小型飛行物の動力エネルギーの管理方法を説明した図
【図６】小型飛行物が他の小型飛行物の代理をする場合を説明した図
【図７】小型飛行物が一定ルートを飛行する場合を説明した図
【図８】災害時における本発明の効果を説明した図
【図９】小型飛行物が通信データを直接運ぶ場合を説明した図
【図１０】小型飛行物が自律的に通信ネットワークを構築する場合を説明した図
【図１１】小型飛行物が指向性通信を行う場合を説明した図
【図１２】ユーザの移動に伴い小型飛行物が追尾する場合を説明した図
【図１３】小型飛行物が測位機能を有する場合を説明した図
【図１４】小型飛行物が故障した場合の通信システムの応対動作を説明した図
【図１５】小型飛行物が緊急用ビーコンを搭載する場合を説明した図
【図１６】従来の衛星通信を説明した図
【図１７】従来のＨＡＰＳシステムを説明した図
【図１８】従来の高出力およびアダプティブアレイアンテナ搭載の基地局を説明した図
【図１９】従来のアドホックネットワークを説明した図
【図２０】従来の低周波数信号を利用した通信を説明した図
【図２１】従来のＲＯＦおよびリピータを利用した場合を説明した図
【符号の説明】
１０１ 基地局
１０２ 小型飛行物
１０３ 移動局
１５２ ＭＳ分布測定部
１５３ ＭＳマッピング部
１５４ ルーティング部

Claims (7)

1. 基地局と複数の移動局との間で通信が行われる通信ネットワークの構築方法であって、
   前記基地局と前記複数の移動局との間で行われる通信の中継を複数の小型飛行物によって行わせ、前記複数の小型飛行物を前記複数の移動局の分布に応じた特定の位置に静止させ、または前記複数の移動局の分布に応じた特定のルートを飛行させ、前記複数の移動局の分布が変化した場合、前記特定の位置または特定のルートを適応的に変更する、
   ことを特徴とする通信ネットワークの構築方法。
2. 基地局と、前記基地局と通信を行う移動局と、前記基地局と前記移動局との間の通信を中継する複数の中継局と、を有する通信システムであって、
   前記複数の中継局は、所定の高度および所定の速度以上で飛行し、飛行時に地上から目視で目立たない程度に小型であり、
   前記移動局と前記複数の中継局のうちの一の中継局との間隔、前記複数の中継局同士の間隔、および前記複数の中継局のうちの一の中継局と前記基地局との間隔がそれぞれ所定値以下となるように前記移動局と前記基地局との間の上空に前記複数の中継局を動的に配置するマッピング手段と、
   前記マッピング手段によって配置された前記複数の中継局を介し、前記移動局と前記基地局との間の通信ルートを構築するルーティング手段と、
   を具備することを特徴とする通信システム。
3. 前記マッピング手段は、
   前記複数の中継局のうちの一の中継局を前記移動局に追尾させるように配置する、
   ことを特徴とする請求項２記載の通信システム。
4. 前記移動局において所定値以上の高拡散率で拡散され時間ダイバーシチ送信された発呼信号を検知する検知手段と、
   前記検知手段の検知結果に基づいて前記移動局の分布を測定する測定手段と、
   をさらに具備し、
   前記マッピング手段は、
   測定された前記移動局の分布に基づいて前記移動局と前記複数の中継局のうちの一の中継局との間隔が所定値以下となるようにこの中継局をマッピングする、
   ことを特徴とする請求項２記載の通信システム。
5. 前記複数の中継局のうちの一の中継局が前記マッピング手段によって配置された位置から離れる場合、前記複数の中継局のうちの他の中継局に前記一の中継局の代わりをさせる、
   ことを特徴とする請求項２記載の通信システム。
6. 前記複数の中継局のうち、故障した中継局を検出し、自動回収する小型飛行物をさらに具備する、
   ことを特徴とする請求項２記載の通信システム。
7. 前記複数の中継局は、
   前記基地局と前記移動局との間の通信を中継する機能の他に、前記基地局と前記移動局との間の通信データを運搬する機能をさらに具備する、
   ことを特徴とする請求項２記載の通信システム。

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