JP4961489B2 - 車両間通信のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、アドホックネットワーク通信のための方法および装置に関する。より詳しく
は、本発明は、車両間マルチホップ放送通信のための通信方法及び装置に関する。

アドホックネットワークは、一般的にもまた自動車分野においても、ますます普及して
きている。この普及性は、一方で、使用されるアドホックネットワークプロトコルが極め
て強力であることと同時に必要な集積回路チップが安価で小型であり、費用効果的で広範
な用途を可能にすることによるものと考えられる。

特に、自動車分野におけるアドホックネットワーク、及び車両間通信の用途は、通常、
２種類、すなわち安全性の用途と快適性の用途とに分類できる。

快適性の用途は、その言葉が示すように、車両の乗員の快適性を向上させることを目的
とすることを含む。このような用途の例は、車両におけるナビゲーション支援、重要事項
の指示またはインターネット接続である。

他方、安全性の用途は、例えば、交通渋滞の発生または存在を指示することによって、
あるいは車両の衝突の回避を可能にすることによって、交通における乗員の安全性を向上
させることを目的とする（特許文献１）。

特開２００５−１２４０１４号公報

これらの用途に使用すべきアドホックネットワークは、切迫した危険に関する速くて確
実な情報を可能にするために、複雑で非常に厳しい要件を満たさなければならない。

例えば、安全アプリケーションは、情報が確実に適時受信されるために、時間遅延は非
常に短くなければならない。また、アドホックネットワークを介して送信されるデータは
、高速送信を可能にするためにできるだけ単一であるべきである。さらに、このアプリケ
ーションでは、その通信範囲内において、すべての車両が、他のすべての車両との相対位
置および走行速度を認識しているので、結果、システムは、他の車両が衝突経路にある場
合に、運転者にそれぞれの警告を発することができる。

自動車のために認証された無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ＩＥＥＥ８
０２．１１、ＩＥＥＥ８０２．１５、専用狭域通信（ＤＳＲＣ）またはＢｌｕｅｔｏｏｔ
ｈ（登録商標）のような従来のアドホックネットワークは、通常、安全アプリケーション
によって必要とされるよりも通信範囲が狭く、または長い時間遅延を必要とする。

さらに、上述の自動車のために認証された従来のアドホックネットワークは、ＩＥＥＥ
８０２．１１において、２Ｍｂｐｓのような制限された帯域幅のみを提供する。この帯域
幅は、以下の例によって示すように安全アプリケーションには十分でない。各方向の５車
線（合計で１０車線）において、１０メートル毎に車両が一台存在する渋滞道路において
、各車両が、１００ｍｓ毎に１００バイトのデータパケットを送信した場合、必要な帯域
幅は３．２Ｍｂｐｓとなり、ＷＬＡＮ放送の２Ｍｂｐｓのデータレートを超えてしまう。

したがって、本発明の目的は、通信能力が向上した車両間マルチホップ放送通信のため
の方法および装置を提供することである。

さらに、本発明の目的は、確実な車両間マルチホップ放送通信を可能にするための方法
および装置を提供することである。

なおさらに、本発明の目的は、車両間マルチホップ放送通信におけるパケットフローを
強化するための方法および装置を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するため、渋滞検出、更には効率的なフラッディングとによ
って、パケット数を低減できる車両間無線通信システムのような無線通信システムを提案
している。

この渋滞検出は、渋滞した道路状況の検出に関連している。道路で渋滞が発生した場合
、車両が送受信するパケット数は車両のｎ倍になる。このことにより、帯域幅不足が生じ
る可能性がある。他方、このような渋滞状況中には、個々の車両の走行速度は低く、また
激しい事故／衝突の可能性は大部分低減されるので、パケットを送信する必要がほとんど
なくなる。したがって、最初と最後の車両以外のすべての車両について、パケットの送信
頻度を低減できる。最後の車両は、後方からの衝突を回避するためにパケットを送信して
もよい。このことにより、総パケット数の低減が生じる。

一方、効率的なフラッディングは、無線ネットワークを介してパケットを効率的にフラ
ッディングするためのアルゴリズムを提供する。したがって、アルゴリズムは、パケット
をさらに送信できるノードを選択できる。アルゴリズムは、パケットの再送信が不要であ
る場合に、このような再送信を停止できる。

道路の渋滞を検出するために、車両データを用いることによって、すべての車両の位置
情報を用いることができる。車両データの設定について以下に説明する。以下のように、
渋滞道路の状況を規定できる。車両が、その車両のある速度範囲内の速度で、同一方向に
走行している他の車両から所定数のパケットを受信した場合、車両が、少なくとも１台の
先行車両および１台の後続車両からパケットを受信した場合、また速度が閾値よりも小さ
い場合に、道路は渋滞している可能性がある。

このような渋滞が検出された後に、車両は車両密度を算出する。この密度に基づき、例
えば車両密度に反比例して、パケットを再送信するための時間／期間を設定できる。

即ち、本発明は、上記の目的を達成するため、車両間マルチホップ放送通信のための方
法であって、受信車両の位置、走行速度および走行方向を含む位置データを決定するステ
ップと、送信車両の位置、走行速度および走行方向を含む位置データを受信するステップ
と、受信車両と送信車両との間の相対位置、相対速度および相対方向を算出するステップ
と、算出された相対位置から車両密度を算出するステップと、受信車両の位置データを周
期的に送信するステップからなり、受信車両の位置データを周期的に送信するための時間
が、車両密度に従って設定されることを含む方法を提供する。

上述の本発明の方法において、データパケットを受信するステップ、データパケットに
含まれたデータセット数をデータパケットから決定するステップ、および／または以下の
ステップをデータセット数だけ繰り返すステップの内の少なくとも１つを含む受信処理を
行うことが可能であり、以下のステップが、車両データのデータベースを有するデータセ
ットの一対の車両識別子（ＩＤ）およびタイムスタンプを比較することによって、データ
セットが初めて受信されたかどうかを決定するステップと、決定ステップに基づき、デー
タセットを車両データのデータベースに記憶するステップと、送信車両と受信車両との間
の相対距離に従って、送信時間を決定するステップと、および／または送信時間に達した
ときにデータセットを送信して、データセットを車両データのデータベースから消去する
ステップからなる。

また、本発明は、上記目的を達成するため、車両間マルチホップ放送通信のための装置
であって、受信車両の位置、走行速度および走行方向を含む位置データを決定するための
位置決定部と、送信車両の位置、走行速度および走行方向を含む位置データを受信するた
めの受信部と、受信車両と各送信車両との間の相対位置、相対速度および相対方向を算出
するための算出部と、算出された相対位置から車両密度を算出するための密度算出部と、
受信車両の位置データを周期的に送信するための送信部であって、車両密度に従って、受
信車両の位置データを周期的に送信するための時間を設定する送信部とを備える装置を提
供する。

本明細書に説明したような本発明による方法の別のステップを行うように、本発明によ
る装置を構成できる。

位置決定部は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、ジャイロスコープ、コンパス、ジャイ
ロコンパス、パルスカウンタおよび／またはタコメータを備えることができる。

通信部として要約された受信部および送信部は、無線ローカルエリアネットワーク（Ｗ
ＬＡＮ）、ＩＥＥＥ８０２．１１群（８０２．１１ａ〜８０２．１１ｐ）、ＩＥＥＥ８０
２．１５、専用狭域通信（ＤＳＲＣ）、および／またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）
、ならびにそれらのそれぞれのプロトコルであり得る。使用されるプロトコルはＩＰｖ４
またはＩＰｖ６であることが可能である。通信部によって用いられる周波数帯域幅は２．
４ＧＨｚおよび／または５．９ＧＨｚであり得る。

さらに、上述の安全アプリケーションが、上述のプロトコルで規定された通信範囲より
も大きい通信範囲を要求したときに、個々の情報が、中継ノードによって中継されて、マ
ルチホップ通信を行う。各車両は、アドホックネットワークのノードである。さらに、す
べての車両および／またはノードが情報を必要とするときに、情報を含むパケットを全方
向に放送できる。

上述の通信部は、車両、交通標柱、交通標識、交通信号および／またはランドマークに
接続することができる。したがって、上述の交通標柱、交通標識、交通信号およびランド
マークも、アドホックネットワークのノードである。

受信車両の位置データを周期的に送信するための時間は、受信車両と各送信車両との間
の相対方向に従って設定することができる。車両間の相対方向は、複数の車両が同じ方向
または異なる方向に走行しているかどうかを示している。さらに、受信車両の位置データ
を周期的に送信するための時間は、受信車両の走行速度に従って、また受信車両と各送信
車両との間の相対速度に従って設定することができる。

受信車両は、受信車両の位置データと送信車両の位置データとを周期的に再送信できる。したがって、交通に従って、周期的に送信するための時間を動的に設定できる。一例と
して、車両密度に反比例して、周期的に送信するための時間を設定することが可能である。

受信車両とそれぞれの送信車両との間の相対位置が、所定の閾値よりも大きい場合に、
受信車両の位置データおよび送信車両の位置データの再送信を停止できる。受信車両が、
所定の時間内に同一の送信車両から位置データを２回受信した場合に、受信車両は、送信
車両に対する相対位置に関連して、送信車両からの位置データの再送信について決定でき
る。

最後の車両は、後方からの衝突を回避するために、データパケットを依然として送信し
ていることが望ましい。算出された密度は相対位置に基づいているので、車両の前後にお
ける局所密度の間を算出密度に基づき区別して、その区別に応じて、周期的に送信するた
めの時間を設定することが可能である。

受信車両の位置データおよび送信車両の位置データは、データパケットに含まれたいく
つかのデータセットを少なくとも含むデータパケットに含まれ、すなわち、データセット
がパケットおよびデータセットにいくつ含まれているかを示している。各データセットは
、車両ＩＤとタイムスタンプとを少なくとも含む。位置データは、位置ベクトルの形態で
含むことが可能である。車両の実際の位置、実際の走行速度および／または実際の走行方
向に基づき、位置ベクトルを算出できる。

本発明の車両間マルチホップ放送通信のための車両間無線通信システムおよび方法では
、渋滞検出によって、またいわゆる効率的なフラッディングによって、交通状況に関する
速くて確実な情報の提供を保証するために伝達に必要なデータパケット数を低減できる。

本発明の開示の範囲から決して逸脱することなく、本発明の上述の特徴を全体的にまた
は部分的に組み合わせることができる。

アドホックネットワークを用いた本発明の渋滞検出の概略図。 本発明の第一の実施例の車両間通信装置の概略図。 第一の実施例におけるアドホックネットワークを介して情報をフラッディン グする方法の概略図。 第一の実施例の車両データのパケットフォーマット図。 第一の実施例における車両位置データベースの概略図。 第一の実施例における送信処理のフローチャート図。 第一の実施例における受信処理のフローチャート図。

本発明のこれらのおよび他の可能な目的、特徴および利点は、本発明の好ましい実施形
態の以下の詳細な説明から完全に明らかになるであろう。しかし、本発明の範囲が、以下
に示した所定の実施例に限定されないことを理解すべきである。以下、本発明の実施例を
図面を用いて説明する。

図１は、第一の実施例が適用される、多数の車両を含む一般構造の無線アドホックネッ
トワークを概略的に示している。最初の車両１はパケットＡ１１を送信する。このパケッ
トＡ１１は、後続する車両２によって受信される。後続する車両２は、パケットＡ１１を
最初の車両１および次の車両３の両方に全方向に再送信する。次の車両３は、パケットＡ
１１を受信して、パケット１１を、先行する車両２および最後の車両４に全方向に再送信
する。参照番号５は車両１〜４の走行方向を示している。

図２は、第一の実施例の車両間通信装置を概略的に示している。この車両間通信装置は
、位置決定部２０と算出部２１と通信部２４とメモリ２７とを備える。算出部は、密度算
出部２２と相対速度算出部２３とを備える。通信部２４は、送信部２５と受信部２６とを
備える。これらのブロックは全てバス２８によって接続されている。上述の装置は、ソフ
トウェア、ハードウェアまたはそれらの組み合わせで実現できる。例えば、車両間通信装
置は一般的な中央処理部（ＣＰＵ）を備え、算出部２１や位置決定部２２の処理をメモリ
２７に記憶されるプログラムによって実現できる。

また、位置決定部２０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、ジャイロスコープ、コンパ
ス、ジャイロコンパス、パルスカウンタおよび／またはタコメータを備えることができる
。また、通信部２４として要約された受信部２６および送信部２５は、無線ローカルエリ
アネットワーク（ＷＬＡＮ）、ＩＥＥＥ８０２．１１群（８０２．１１ａ〜８０２．１１
ｐ）、ＩＥＥＥ８０２．１５、専用狭域通信（ＤＳＲＣ）、および／またはＢｌｕｅｔｏ
ｏｔｈ（登録商標）、ならびにそれらのそれぞれのプロトコルであり得る。使用されるプ
ロトコルはＩＰｖ４またはＩＰｖ６であることが可能である。通信部によって用いられる
周波数帯域幅は２．４ＧＨｚおよび／または５．９ＧＨｚであり得る。

図３は、第一の実施例における効率的なフラッディングの概念を概略的に示している。
効率的なフラッディングは、アドホックネットワーク内で送信されるパケット数の低減に
もつながる。上述のように、パケットを再送信して、安全アプリケーションが要求する通
信範囲に到達させるべきである。主に、効率的なフラッディングは、パケットが再送信さ
れるかどうかを各車両／ノードで決定することによって、無線アドホックネットワークを
介してパケットを効率的にフラッディングする方法を提供する。

図３において、参照番号４１、４２、４３および４４は、車両／ノードを示している。
参照番号４５、４６および４７は、車両４１、４２および４３の通信範囲をそれぞれ示し
ている。この例では、パケットを車両４１から車両４４に送信する場合、車両４３の代わ
りに、車両４２がパケットを再送信するようにすることが最も効率的であることが解かる
。したがって、車両４３がパケットを再送信することは全く不要である。車両４３の代わ
りに、車両４２がパケットを再送信するようにするためには、車両４２が、車両４３の前
にパケットを送信しなければならない。また車両４３は、車両４３の前に他の車両が存在
することを認識しなければならない。

このような認識は、本実施例においては、以下のアルゴリズムによって実現できる。車
両が位置データを受信すると、車両は送信車両までの距離を算出する。この例では、受信
車両４２と４３は、送信車両４１から受信したパケットに含まれた位置情報に基づき、そ
れぞれ送信車両４１までの距離を算出する。次に、車両４２と４３は、パケットが送信さ
れる時間（送信時間）と一緒に、この位置情報を図２に示したメモリ１７に記憶する。こ
の送信時間は、送信車両と受信車両との間の距離に基づき算出される。

送信時間＝［現在の時間］＋（−０．１／４００）^＊ｄ＋０．１ （式１）
式１で、ｄは、送信車両と受信車両との間の距離である。距離が、閾値、例えば４００ｍ
よりも大きく、送信時間が現在の時間よりも小さくなる場合、メモリ１７中の送信時間は
空に設定される。

この例では、車両４１と車両４２の間の距離が、車両４１と車両４３の間の距離よりも
大きくなるので、車両４２は、車両４３の前にパケットを送信する。したがって、車両４
３は、パケットを送信する前に同一のパケットを車両４２から受信する。すなわち、車両
４３は、以下に説明する車両データベースから同一のパケットを送信することなく、それ
ぞれのパケットを消去できる。

図４は、本実施例における車両データのパケットフォーマットを示している。フィール
ド５１には、パケットに含まれたデータ数が書き込まれる。この数は、１以上の整数であ
る。次のフィールド５２のデータ−ａは、常に、パケットを発信した送信車両に一致する
データである。引き続くフィールド５３のデータ−ｂ〜フィールド５４のデータ−ｎは、
アドホックネットワークの別の車両／ノードに関連している。したがって、送信車両が、
再送信すべきデータを有しない場合、フィールド５１と５２のみが存在する。

各データフィールド５２〜５４は、車両ＩＤ５５、タイムスタンプ５６、位置５７、速
度５８および方向５９のようなサブフィールドを含む。車両ＩＤ５５は、車両をユニーク
に識別できる任意のＩＤである。タイムスタンプ５６は、データが元の送信車両から送信
された時間である。位置５７は、地球の経度および緯度によって書き込むことができる車
両ＩＤによって識別された車両の位置データである。速度５８は元の送信車両の走行速度
であり、また方向５９は元の送信車両の走行方向である。車両の位置ベクトルは、これら
車両の実際の位置５７、実際の走行速度５８および実際の走行方向５９を含む。

図５は、車両間通信用装置のメモリ２７に設けられた車両位置データベース６０を概略
的に示している。列６１には、図５に記載されているように、車両データが記憶される。
列６２には、送信車両位置リストが記憶され、また列６３には、算出された送信時間が記
憶される。送信車両位置リスト６２は、車両と他の車両との間の相対位置を規定する。

次に、本実施例における送信処理について説明する。図６は、図２に示した車両間通信
装置における、パケットを連続的に送信する送信処理のフローチャートを示している。こ
の処理は、始動後に自己設定する検索タイマによって発動される（ステップ８１）、例え
ばＣＰＵの処理によって実現される。処理が開始される毎に、ステップ８２において、車
両データベース６０から送信するデータの検索を実行する。ステップ８３において、現在
の時間に近い送信時間を有するデータを確認した場合、このデータは送信されるべきもの
とみなされる。ステップ８４では、車両の位置データが得られ、また図４に示した構造を
有するデータパケットが作成される。ステップ８５では、作成されたパケットが送信され
る。パケットを送信した後に、ステップ８６では、渋滞検出に基づき更新時間が算出され
、ステップ８７で算出された更新時間が設定される。

なお、上述の通り、道路の渋滞を検出するために、車両データを用いることによって、
すべての車両の位置情報を用いることができる。車両が、その車両のある速度範囲内の速
度で、同一方向に走行している他の車両から所定数のパケットを受信した場合、車両が、
少なくとも１台の先行車両および１台の後続車両からパケットを受信した場合、また速度
が閾値よりも小さい場合に、道路は渋滞している可能性がある。このような渋滞が検出さ
れた後に、車両は車両密度を算出する。この密度に基づき、例えば車両密度に反比例して
、パケットを再送信するための時間／期間（更新時間）を設定できる。

よって、本実施例においては、渋滞が検出された場合、ステップ８７で、更新時間は初
期値よりも大きい値に設定する。ステップ８８で、検索タイマは、算出された更新時間に
設定される。ステップ８３で送信するデータがなかった場合には、ステップ８８において
、処理が継続され、検索タイマ８１を初期値に設定する。

続いて、本実施例における受信処理について説明する。図７は、車両がパケットを受信
したときに実行される受信処理のフローチャートを示している。このフローチャートも例
えばＣＰＵによるプログラム処理にて実現される。ステップ７１でパケットを受信した後
、受信パケットは、ステップ７２において、各データ、すなわちデータ−ａ〜データ−ｎ
に分割される。次のシーケンス、すなわちステップ７３〜７８は、分割された各車両デー
タ−ａ〜データ−ｎに従って繰り返される。

最初に、ステップ７３において、対象車両データが初めて受信されたものかどうかがチ
ェックされる。このチェックは、受信データの車両ＩＤおよびタイムスタンプの対と、車
両間通信装置に蓄積されている車両データベースのそれぞれのデータとの比較に基づく。
もし、初めて受信されたものである場合、更に受信データのタイムスタンプと現在時刻と
の差が予め定められた有効時間を経過しているかチェックされる。その結果、有効時間を
経過している場合、旧データであるとして単純に廃棄される。

もし、ステップ７３において、受信データが初めて受信されたもので、且つ旧データで
無い場合、ステップ７４において、この受信データは車両位置データ６０中に新たに記憶
される。この場合、送信車両の相対位置が送信車両位置リスト６２に記憶され、送信車両
と受信車両との間の距離により（式１）で求められた送信時間が、送信時間６３に記憶さ
れる。

データが初めて受信されたもので無く、旧データでも無い場合、ステップ７５において
、送信時間６３が設定されているかチェックされ、設定されていない場合は廃棄され、ス
テップ７３で次のデータの処理に移行する。ステップ７５にて送信時間６３が設定されて
おり、廃棄とされなかった受信データに対し、ステップ７６において、効率性のチェック
が行われる。この効率性のチェックための計算（効率的なフラッディング）は、送信車両
位置リスト６２にリストアップされた送信車両の数だけ繰り返される。

もし、送信車両位置リスト６２の全ての車両が、実際の車両／ノードより送信車両に近
い場合、実際の車両／ノードは当該パケットを再送信しなければならない。そうでないな
らば、効率的なフラッディングがステップ７７で非作動にされ、送信時間６３が車両デー
タベース６０から消去される。次に、ステップ７８で車両データベースの送信車両リスト
が更新され、次のデータの処理に移行することとなる。

以上本発明の好適な一実施例を説明したが、それぞれの用途のために最適化された別の
実施形態を形成するように、上述の実施形態の構造の特徴および詳細仕様を交換するかま
たは組み合わせることが可能である。本発明の実施形態の変更が、当業者にとって容易に
明白である限り、本発明の説明を簡単にするために、可能なすべての組み合わせを明示的
に指定することなく、本発明の実施形態の変更が、上述の説明によって潜在的に開示され
ているとみなすべきである。

１１・・・パケットＡ、２０・・・位置決定部、２１・・・算出部、２２・・・密度算出
部、２３・・・相対位置算出部、２４・・・通信部、２５・・・送信部、２６・・・受信
部、２７・・・メモリ、５１・・・データ数、５２・・・データ−ａ、５３・・・データ
−ｂ、５４・・・データ−ｎ、５５・・・車両ＩＤ、５６・・・タイムスタンプ、５７・
・・位置、５８・・・走行速度、５９・・・走行方向、６０・・・車両位置データ、６１
・・・データ−ａ、６２・・・送信車両位置リスト、６３・・・送信時間。

Claims (2)

1. ノード間通信方法であって、
   第１のノードにおいて、
   前記第１のノード位置を含む位置データを取得するステップと、
   第２のノードが送信する前記第２のノードの位置を含む位置データを受信するステップと、
   取得した前記第１のノードの前記位置データと、受信した前記第２のノードの前記位置データと、に基づき、前記第１のノードと前記第２のノードとの間の第１の距離を算出するステップと、
   前記第１の距離が大きいほど、受信した前記第２のノードの前記位置データを転送するまでの時間間隔を小さく設定し、かつ予め定めた閾値より大きい場合には当該第２のノードの前記位置データを転送するまでの時間間隔を設定しないステップと、
   前記第２のノードについて設定した前記時間間隔に従い、前記第２のノードの前記位置データをマルチホップ送信するステップと、を含む
   ことを特徴とするノード間通信方法。
2. ノード間通信方法であって、
   第１のノードにおいて、
   前記第１ノードの位置を含む位置データを取得するステップと、
   複数の第２のノードが送信する前記複数の第２のノードの位置を含む位置データを受信するステップと、
   取得した前記第１のノードの前記位置データと、受信した前記複数の第２のノードの前記位置データと、に基づき、前記第１のノードのノード密度を算出するステップと、
   前記ノード密度に基づき、前記第１のノードの前記位置データを周期的に送信する時間を設定するステップと、
   前記周期的に送信する時間ごとに、前記第１のノードの前記位置データを送信するステップと、を含む
   ことを特徴とするノード間通信方法。

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