(57)【要約】【課題】従来のセンサーネットワークシステムでは、センサーネットワークシステムに含まれる無線モジュールが個々に信号を送信するため、１つの無線モジュールでカバーできない距離にある目標物と無線通信を行えない問題があった。【解決手段】センサーネットワークシステムに含まれる無線モジュールが自己の位置情報と時刻情報を認識し、他の無線モジュールとその位置情報と時刻情報を相互に交換し、そのセンサーネットワークシステムの中の複数の無線モジュールがアレーアンテナシステムとしてその位置情報に基づき連携して信号の送受信を行う。【選択図】  図１
2014147008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線モジュールを有するアレーアンテナシステムであって、
前記複数の無線モジュールは
自己の位置情報を検出する位置検出部と、
他の無線モジュールと相互に前記位置情報の通信を行う無線通信部と、
相互に通信を行った前記位置情報に基づいて信号の振幅または信号の位相を算出する振幅位相算出部とを備え、
前記複数の無線モジュールの無線通信部は連携して自システム外と信号の送信または受信を行うことを特徴とするアレーアンテナシステム。
【請求項２】
前記位置検出部は、衛星からの電波を受信することによって、前記位置情報を検出することを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナシステム。
【請求項３】
前記複数の無線モジュールは、中継を行う無線モジュールを自律的に設定することで、１つの無線モジュールの無線信号の届かない範囲にある無線モジュールと通信を行う請求項１に記載のアレーアンテナシステム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアレーアンテナシステムが、１つの無線モジュールの無線信号が届かない範囲にある通信相手と通信を行うことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレーアンテナシステムにおける前記複数の無線モジュールはそれぞれセンサーを備え、前記複数の無線モジュールの無線通信部は前記センサーの観測結果を含む信号の送信を行うことを特徴とするセンサーネットワークシステム。
【請求項６】
前記位置情報は、前記複数の無線モジュールに備えられたセンサーで観測された自己の傾きに関する情報を含むことを特徴とする請求項５に記載のセンサーネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアレーアンテナシステム、通信システム、およびセンサーネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自律分散的な無線ネットワークが一つの重要な技術とされている。自律分散的な無線ネットワークでは、送信側の無線モジュールは測定情報を送信信号として送信し、多数の無線モジュールが中継して受信側の無線モジュールへ届ける。このような中継伝送により、送信局から受信局へ直接信号を伝送する場合よりも、通信全体の消費電力を抑えられる。また、送信局と受信局の間で通信の障害が発生しても、異なる通信経路を自律的に選択して、通信経路を再構築できる。
【０００３】
特許文献１では、無線ネットワークに含まれる無線モジュールが位置情報に基づいて通信経路を選定し、無線通信の遮断につながる通信距離を除外して無線通信を行なう技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８６５８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の無線ネットワークでは、無線モジュールに備えられたアンテナは小型であるため、近距離でしか無線通信を行えない。その結果、無線モジュールにおいて測定されたデータを回収するためには、無線ネットワークを介してデータを受信した無線モジュールに有線通信で接続したり、無線モジュールから人手でデータを回収するなどの処理を行う必要があった。その結果、従来の無線ネットワークでは、１つの無線モジュールではカバーできない距離にある目標物と無線通信を行えない問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、無線ネットワークに含まれる無線モジュールが１つの無線モジュールではカバーできない距離にある目標物と無線通信を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明におけるアレーアンテナシステムは、複数の無線モジュールを有するアレーアンテナシステムであって、前記複数の無線モジュールは自己の位置情報を検出する位置検出部と、他の無線モジュールと相互に前記位置情報の通信を行う無線通信部と、相互に通信を行った前記位置情報に基づいて信号の振幅または信号の位相を算出する振幅位相算出部とを備え、前記複数の無線モジュールの無線通信部は連携して相手局との間で信号の送信または受信を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるアレーアンテナシステムでは、アレーアンテナシステムに含まれる無線モジュールが１つの無線モジュールではカバーできない距離にある目標物と無線通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るセンサーネットワークシステムの概略図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る無線モジュールの構成図。
【図３】本発明の実施の形態１に係るセンサーネットワークシステムの動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施の形態１に係るセンサーネットワークシステムとアレーアンテナシステムの関係。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本実施の形態では、本発明のセンサーネットワークシステムおよびこれを利用したアプリケーションの好適な実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に本発明の実施の形態１に係るセンサーネットワークシステムの概略図を示す。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。本発明の実施の形態１に係るセンサーネットワークシステムは複数の無線モジュール２ａ〜２ｊにより構成される。無線モジュール２ａ〜２ｊはそれぞれ通信機能及びアンテナ素子を有し、周囲の無線モジュールと相互に無線通信を行う機能を有する。また、無線モジュール２ａ〜２ｊは、アレーアンテナシステムとして、センサーネットワークシステムから離れた測位用衛星１ａ、１ｂと無線通信を行う機能も有している。衛星には測位用衛星、準天頂衛星などさまざまな種類の衛星があるが、いかなる衛星であっても構わない。
【００１２】
図２は本発明の実施の形態１に係るセンサーネットワークシステムを構成する無線モジュールの構成を示している。本図において、無線モジュール２は、アンテナ２２、センサー２３、位置検出部２４、振幅位相算出部２５、無線通信部２６を備える。センサー２３は温度センサー、湿度センサー、位置測定センサーなどいなかる種類のセンサーであっても構わない。無線モジュール２はネットワーク内の他の無線モジュールと相互に測定情報の通知を行うセンサーネットワークシステムとしての機能を有する。
【００１３】
本実施の形態では、無線モジュール２は測位用衛星１ａ、１ｂと通信を行うことの可能な機能を備え、測位用衛星１ａ、１ｂからの電波を受信することにより、位置検出部２４によって自身が配置されている絶対位置および絶対時刻の情報を取得する。また、無線モジュール２は、信号の送信のために必要となる振幅／位相を計算するための振幅位相算出部２５を備える。本発明の実施の形態１では、複数の無線モジュールと連携して同時に信号を送信することで、アレーアンテナシステムとして動作する。
【００１４】
図３に本発明の実施の形態１のセンサーネットワークシステムの動作を示す。
【００１５】
まず、無線モジュール２ａ〜２ｊは測位用衛星１ａ，１ｂからの信号を受信する（Ｓ３０１）。各無線モジュールの位置検出部２４では、その受信信号をもとに自己の無線モジュールの正確な絶対位置（緯度・経度・高度・自己の傾きなど）、および正確な絶対時刻を求める（Ｓ３０２）。
【００１６】
次に、無線モジュール２ａ〜２ｊは他の無線モジュールとの間で無線通信を行い、各無線モジュールの位置情報、および同期のための絶対時刻情報を相互に伝送する（Ｓ３０３）。ここで、２つの無線モジュール、例えば無線モジュール２ａと無線モジュール２ｆの間で直接の無線通信ができなくても、無線モジュール２ａと無線モジュール２ｆは他の無線モジュール２ｂを介して通信を行う経路を自動的に決定する。その結果、全ての無線モジュールの間で相互に通信を行うことが可能となる。各無線モジュールは全ての無線モジュールの位置情報・時刻情報、測定情報、通信情報、その他の保持する情報を記憶し、全ての無線モジュールの間で情報を共有する（Ｓ３０４）。
【００１７】
次に、各無線モジュール２は各無線モジュールに記憶された全ての無線モジュールの位置情報・時刻情報に基づき、振幅位相算出部２５においてアンテナ２２から放射する送信信号の振幅と位相を調整する（Ｓ３０５）。ステップＳ３０５において、各無線モジュールがアンテナ２２から放射する送信信号の振幅と位相を調整する際には、自己の位置情報・時刻情報に基づき位相を調整する。ここで、自己の位置情報・時刻情報は測位用衛星１ａ、１ｂからの電波を受信することにより測定される。全ての無線モジュールがそれぞれ送信信号の振幅と位相を調整することにより、互いに位相を強めあう信号を送信することができる。また、センサーネットワークシステムでは全ての無線モジュールの間で位置情報・時刻情報、その他の測定情報を共有するが、自己の位置情報・時刻情報はある特定の無線モジュールに対する相対的な位置情報・時刻情報として計算しなおすこともできる。この場合、各無線モジュールは特定の無線モジュールに対する相対的な位置情報・時刻情報を用いて、振幅と位相を調整する構成とすることもできる。このような制御により、全ての無線モジュールからなるアレーアンテナシステムを構成することとなる。無線モジュール２ａ〜２ｊは構築されたアレーアンテナシステムにより、所望の目標物（例えば、測位用衛星１ａ、１ｂ）に対して信号を送信する、または、無線モジュール２ａ〜２ｊとして構築されたアレーアンテナシステムは所望の目標物から信号を受信する（Ｓ３０６）。
【００１８】
構築されたアレーアンテナシステムにより、所望の目標物に対して信号の送信を行う場合には、アレーアンテナシステムに含まれる各無線モジュールが算出した振幅と位相を用いて信号を送信する。このようなアレーアンテナシステムを用いると、複数の無線モジュールから送信された信号の電波が互いに強めあったり、互いに弱めあったりすることで、所望の目標物に対して鋭い指向性を向けることができる。その結果、従来のセンサーネットワークシステムよりも長距離の無線通信を行うことが可能となる。
【００１９】
これまでは、センサーネットワークシステムに含まれる複数の無線モジュールを用いてアレーアンテナシステムを構成して信号を送信する例を主に示してきたが、アレーアンテナシステムとして信号を受信する構成も可能である。
【００２０】
信号の受信を行う場合には、センサーネットワークシステムから遠距離にある目標物（例えば、測位用衛星１ａ、１ｂ）から送信された信号をセンサーネットワークシステム内の全無線モジュール２ａ〜２ｊで受信する。ここで、「遠距離」とは１つの無線モジュールでカバーできない通信距離にある状態を指す。図３には記載していないが、その後、全無線モジュール２ａ〜２ｊは互いに無線通信を行い、全モジュールで受信信号に関する情報を共有する。各無線モジュールでは、全無線モジュールから通知された受信信号に関する情報を合成することにより、良好な品質の受信信号を得ることができる。このように、センサーネットワークシステムから遠距離にある目標物からの信号を複数の無線モジュールで受信し、複数の無線モジュールで受信信号を合成することにより、全ての無線モジュールからなるアレーアンテナシステムを構成することができる。
【００２１】
また、センサーネットワークシステムによる通信対象がたとえば衛星や航空機のように天頂方向にある場合、アレーアンテナシステムによる指向性合成で天頂方向に指向性を向け、水平方向の指向性を抑圧することもできる。このような構成に基づけば、天頂方向に対して指向性を向けて信号伝送を行いつつ、水平方向への干渉を低減することも可能である。
【００２２】
また、災害時など、既設の通信インフラが使用できなくなった場合に、本発明の実施の形態１のセンサーネットワークシステムは自律構成型アレーアンテナシステムとして動作することができる。例えば、災害の一例としては、本来陸上移動通信においてセルラネットワークに接続される携帯電話などの無線端末が災害の影響によって基地局に接続できなくなった場合などが挙げられる。
【００２３】
このような環境において、本発明の実施の形態１のセンサーネットワークシステムは、本来別のネットワーク（例えば、セルラネットワーク）に接続されるべき無線端末からの信号を受信し、無線端末から受信した信号を衛星等に送信することもできる。また、本発明の実施の形態１のセンサーネットワークシステムに含まれる複数の無線モジュールは衛星等から信号を受信し、複数の無線モジュールが受信した信号を連携して送信することによって、本来別のネットワークに接続されるべき無線端末に信号を送信することもできる。このような制御は、センサーネットワークシステムに含まれる無線モジュールが、本来別のネットワークに接続されるべき無線端末と同じインタフェースを予備的に備え、災害時にそのインタフェースを活用して、セルラネットワークの代替手段として動作することにより実現することができる。
【００２４】
このように、本発明の実施の形態１のセンサーネットワークシステムは、衛星と通常通信不可能な地上の端末等に対しても、衛星と信号の送受信を行える環境を提供することができる。このような構成により、既設の通信インフラが使用できなくなった場合に、本発明の実施の形態１のセンサーネットワークシステムは既設の通信インフラの代替手段としての役割を果たすことができる。
【００２５】
なお、本実施の形態においてセンサーネットワークシステムはセンサーを有する無線ネットワークを表し、アレーアンテナシステムは複数の無線モジュールが連携して信号の送信または受信を行うネットワークを表す。
【００２６】
センサーネットワークシステムに含まれる無線モジュールは、無線モジュール間の相互の通信により、アレーアンテナシステムに参加するか否かを決定することができる。このような制御は、特定の無線モジュールが他の無線モジュールに参加するか否かを指示したり、無線モジュールごとに自律分散的にアレーアンテナシステムに参加するか否かを自律分散的に決定したりすることにより、実現することができる。
【００２７】
図４は本実施の形態における「センサーネットワークシステム」と「アレーアンテナシステム」の関係の一例を示している。センサーネットワークシステムに含まれる無線モジュールのうち、連携して信号を送受信する無線モジュールはアレーアンテナシステムに参加する無線モジュールとして扱われる。また、アレーアンテナシステムを構成する無線モジュールの構成は、状況に応じて適応的に設定することができる。なお、センサーネットワークシステムに参加する無線モジュールが全てアレーアンテナシステムに参加する場合には、「センサーネットワークシステム」と「アレーアンテナシステム」は同一となる。
【００２８】
このような処理により、状況に応じて適応的にアンテナを選択するアレーアンテナシステムを構成することが可能となる。また、無線モジュール間の相互の通信により、各無線モジュールのアンテナを使用／未使用に変更することもできる。また、アレーアンテナシステムに参加する無線モジュールは自己の備えるアンテナの特性や位置、傾きに応じて、送信信号の位相や信号強度を自動的に決定することができる。
【００２９】
実施の形態１では、測位用衛星１ａ、１ｂが２基の場合で説明したが、測位用衛星は３基以上であっても構わない。さらに、無線モジュール２ａ〜２ｊは２以上のいかなる数の無線モジュールであっても構わない。
【００３０】
また、無線モジュール２ａ〜２ｊがセンサを用いて測定する情報には、空気の状態（気温、湿度）、放射線量、地震の際の震度、地盤の歪み、人が直接行くことが難しい場所での各種データ測定なども含まれる。また、月や火星などの地球以外の星に無線モジュール２ａ〜２ｊを置き、そこで測定されたデータを収集する地球の無線局へ送信する構成も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ、１ｂ：測位用衛星、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊ：無線モジュール、２：無線モジュール、２２：アンテナ、２３：センサー、２４：位置検出部、２５：振幅位相算出部、２６：無線通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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