JP5574012B2 - 通信制御装置、路側通信機、通信制御方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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かかる高度道路交通システムは、主として、インフラ側の無線通信装置である複数の路側通信機と、各車両に搭載される無線通信装置である複数の車載通信機とによって構成される。
そこで、路側通信機の情報送信を優先的に行うためには、通信に用いる周波数を一定時間ごとに時分割して路側通信機の送信専用の時間スロットを設ける、時分割多重(TDMA:Time Division Multiple Access)によるマルチアクセスが有効となる。
なお、この場合、各路側通信機からの送信タイミングを制御するため、各路側通信機は他の路側通信機との時刻同期機能を有している必要がある。
すなわち、上記のような路側の送信制御のためのTDMA方式と、車車間でのマルチアクセスのためのCSMA方式が混在する高度道路交通システムにおいて、例えば、路側通信機に割り当てる送信時間が常に一定であると、通信エリア内の車両台数が比較的少ないために、車載通信機に必要な送信時間が短くて済む場合でも、車載通信機に無駄な送信時間が与えられることになる。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、移動通信機の台数に応じて路側通信機の送信時間を変更できるようにして、移動通信機と共存する通信帯域の有効利用を図ることができる通信制御装置、路側通信機、通信制御方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
この場合、子機のスロット割当を行う親機の路側通信機が本発明の通信制御装置を備えていてもよいし、自装置に対するスロット割当を自律的に行う路側通信機が本発明の通信制御装置を備えていてもよい。
図1は、本発明の実施形態に係る高度道路交通システム(ITS)の全体構成を示す概略斜視図である。なお、本実施形態では、道路構造の一例として、南北方向と東西方向の複数の道路が互いに交差した碁盤目構造を想定している。
図1に示すように、本実施形態の高度道路交通システムは、交通信号機1、路側通信機2、車載通信機3(図2及び図3参照)、中央装置4、車載通信機3を搭載した車両5、及び、車両感知器や監視カメラ等よりなる路側センサ6を含む。
中央装置4は、自身が管轄するエリアに含まれる各交差点Jiの交通信号機1及び路側通信機2とLAN(Local Area Network)を構成している。従って、中央装置4は、各交通信号機1及び各路側通信機2との間で双方向通信が可能である。なお、中央装置4は、交通管制センターではなく道路上に設置してもよい。
なお、図1及び図2では、図示を簡略化するために、各交差点Jiに信号灯器が1つだけ描写されているが、実際の各交差点Jiには、互いに交差する道路の上り下り用として少なくとも4つの信号灯器が設置されている。
中央装置4は、ワークステーション(WS)やパーソナルコンピュータ(PC)等よりなる制御部を有している。この制御部は、路側通信機2、路側センサ6からの各種の交通情報の収集・処理(演算)・記録、信号制御及び情報提供を統括的に行う。
具体的には、中央装置4の制御部は、自身のネットワークに属する交差点Jiの交通信号機1に対して、同一道路上の交通信号機1群を調整する系統制御や、この系統制御を道路網に拡張した広域制御(面制御)を行うことができる。
信号制御指令S1は、前記系統制御や広域制御を行う場合の信号制御パラメータの演算周期(例えば、1.0〜2.5分)ごとに送信され、交通情報S2は、例えば5分ごとに送信される。
図2は、上記高度道路交通システムの管轄エリアの一部を示す道路平面図である。
なお、図2では、交差点Jiに流入する各道路Rの各々が上りと下りで片側1車線のものとして例示されているが、道路構造はこれに限られるものではない。
図2にも示すように、本実施形態の高度道路交通システムは、車載通信機3との間で無線通信が可能な複数の路側通信機2と、キャリアセンス方式で他の通信機2,3と無線通信を行う移動無線送受信機の一種である車載通信機3とを備えている。
各路側通信機2は、その周囲に広がる通信エリアA(路側通信機2の送信信号が十分に届く範囲)をそれぞれ有し、自身の通信エリアAを走行する車両5の車載通信機3との無線通信が可能である。また、各路側通信機2は、通信エリアAが重複(一部重複でも全部重複でもよい。)する他の路側通信機2とも無線通信が可能である。
前記した通り、交通管制センターに設けられた中央装置4は、各路側通信機2と有線での双方向通信が可能となっているが、これらの間も無線通信であってもよい。
また、路側通信機2は、自身の送信タイミングを制御するために他の路側通信機2との時刻同期機能を有している。この路側通信機2の時刻同期は、例えば、自身の時計をGPS時刻に合わせるGPS同期や、自身の時計を他の路側通信機2からの送信信号に合わせるエア同期等によって行われる。
また、本実施形態では、後述の判定手段23Bやスロット割当手段23C等を要旨とする本発明の「通信制御装置」を、各路側通信機2に搭載した場合を例示するが、その通信制御装置は、上記親機となる路側通信機2のみに設けてもよいし、路側通信機2とは別個に路側に設置することにしてもよい。
図3は、路側通信機2と車載通信機3の内部構成を示すブロック図である。
このうち、路側通信機2は、無線通信のためのアンテナ20が接続された無線通信部(送受信部)21と、中央装置4と双方向通信する有線通信部22と、それらの通信制御を行うプロセッサ(CPU:Central Processing Unit)等よりなる制御部23と、制御部23に接続されたROMやRAM等の記憶装置よりなる記憶部24とを備えている。
路側通信機2の制御部23は、上記コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、データ転送手段23Aと判定手段23Bとを備えている。
このうち、データ転送手段23Aは、有線通信部22が中央装置4から受信した渋滞情報等の交通情報S2を、いったん記憶部24に一時的に記憶させ、無線通信部21を介して車載通信機3に対してブロードキャスト送信する。
一方、制御部23の判定手段23Bは、自装置の通信エリアAに存在する車載通信機3の台数を判定するものである。この車載通信機3の台数(以下、車載機台数という。)の判定は、例えば、自装置の無線通信部21が受信した各車載通信機3からの車両情報S3に含まれる通信機IDを計数することによって行うことができる。
もっとも、画像データS5から車両台数を計数する方法では、その車両台数が車載機台数と等しくない場合(一部の車両5しか車載通信機3を搭載していない場合)には、正確な車載機台数を見積もることができないので、通信機IDを計数する方法が好ましい。
図3に示すように、路側通信機2の制御部23は、前記コンピュータプログラムの実行によって達成される機能部として、更に、スロット割当手段23Cとデータ選択手段23Dとを備えている。
このうち、スロット割当手段23Cは、自身の路側通信機2からの送信用のタイムスロットT1を所定の周期Cで繰り返すように生成している。
第1スロットT1は、路側通信機2用のタイムスロットであり、この時間帯においては路側通信機2による無線送信が許容される。
本実施形態のスロット割当手段23Cは、判定手段23Bで判定された車載機台数に対応して、第1スロットT1のスロット長を設定するスロット長変更機能を有する。
なお、第1スロットT1のスロット時間が短めに設定されると、その分だけ車載通信機3用の第2スロットT2の時間帯が増えるので、キャリアセンス方式で無線通信する車載通信機3の送信機会が増加することになる。また、第1スロットT1の設定長の段階数は、図例の3段階に限るものでななく、2段階や4段階以上であってもよい。
制御部23のデータ転送手段23Aは、生成された割当情報S7を、無線通信部21を介して自身の通信エリアAに無線送信する。
通信エリアAを通行する車両5の車載通信機3は、上記割当情報S7を受信すると、その割当情報S7に記された第1スロットT1以外の時間帯(図5の第2スロットT2)でキャリアセンス方式による無線送信を行う。
一方、制御部23のデータ選択手段23Dは、路側通信機2が自身の無線通信部21を通じて外部に提供すべき複数種類の提供情報S6(図3参照)の中から、全部又は一部の種類の提供情報S6を選択し、この選択された情報を、第1スロットT1において無線通信部21から送信する送信データに含めるものである。
路側通信機2の無線通信部21から送信される提供情報S6の種類には、例えば、次のものがある。
このうち、時刻情報は、路側通信機2が捕捉している現在時刻であり、信号情報は、有線通信部22を通じて得られた信号制御指令S1に含まれる、信号灯器の切り替えタイミングである。また、車両情報は、各車載通信機3から得られた車両5の位置、速度及び方向である。
また、コマーシャル情報は、路側通信機2の近隣にある企業や施設の広告情報であり、施設情報は、路側通信機2の近隣にある病院や役所等の施設の案内情報である。
このうち、交通量情報は、下流の交差点Jiへの車両5の流入台数であり、路側通信機の監視情報は、例えば隣接する路側通信機2同士での電波干渉や異常の有無に関する情報であり、交通ログ情報は、中央装置4が前記系統制御や広域制御を行うために必要な、各車両5の車両情報S3等である。
この優先順位は、情報のリアルタイム性や緊急性の観点から予め複数に段階設定されており、例えば、時刻情報、信号情報及び車両情報については、リアルタイム性が極めて高いので、優先順位が「高」に設定されている。また、緊急情報は、緊急性が極めて高いことから、優先順位が「高」に設定されている。
また、コマーシャル情報と地域情報については、リアルタイム性が低くかつ車両5にとっての重要度も低いので、優先順位が「低」に設定され、交通量情報、路側通信機の監視情報、及び交通ログ情報についても、同じ理由で優先順位が「低」に設定されている。
図3に戻り、車載通信機3は、無線通信のためのアンテナ30に接続された通信部(送受信部)31と、この通信部31に対する通信制御を行うプロセッサ等よりなる制御部32と、この制御部32に接続されたROMやRAM等の記憶装置よりなる記憶部33とを備えている。
記憶部33は、制御部32が実行する通信制御のためのコンピュータプログラムや、各通信装置2,3の通信機ID等を記憶している。
従って、車載通信機3の通信部31は、所定の搬送波周波数の受信レベルを常時感知しており、その値がある閾値以上である場合は無線送信を行わず、当該閾値未満になった場合にのみ無線送信を行うようになっている。
また、車載通信機3の制御部32は、他の車両5から直接受信した車両情報S3や、路側通信機2から受信した提供情報S6に含まれる、他の車両5の現時の位置、速度及び方向に基づいて、右直衝突や出合い頭衝突等を回避するための安全運転支援制御を行うことができる。
図5に示すように、車載通信機3の送信信号には、プリアンブル、ヘッダ、データ、CRC(Cyclic Redundancy Check)が含まれている。
このうち、データには、車両5の位置、方向(進行方向)及び速度が含まれるが、路側通信機2からの送信信号を受信した場合の受信レベルを含めることもできる。車両5の位置や方向は、通常は、GPS等の車両5側のセンサ類が自律的に測定した情報であるが、光ビーコン等のインフラ側から取得可能な場合もある。速度は、車両5の速度センサに基づいた情報である。
図6は、路側通信機2の制御部23が実行する制御処理を示すフローチャートである。
図6に示すように、制御部23の判定手段23Bは、自装置の通信エリアAに存在する車載機台数を常時判定している(図6のステップST1)。この台数の判定は、前記した通り、無線通信部21が受信した各車載通信機3からの車両情報S3に含まれる通信機IDを計数すること等によって行われる。
次に、上記判定によって得られた車載機台数に基づいて、制御部23のスロット割当手段23Aが、第1スロットT1のスロット長を図4(a)に示す「長」、図4(b)に示す「中」、及び、図4(c)に示す「短」のうちのいずれかに1つに設定する。
ところで、本実施形態では、路側通信機2で開放された第2スロットT2において、車載通信機3がキャリアセンス方式で無線通信を行う場合を想定しており、この場合、車載通信機3が送信を開始するに当たって、キャリアの空きを検出してから所定の待機時間(バックオフ時間)だけ待つようになっている。
そこで、本実施形態では、例えば図7に示すような、通信エリアA内の車載機台数Nと車載通信機3でのパケット衝突率Rとの関係を事前の実験等によって予め取得しており、この関係を記憶部24に予め記憶させている。
このため、路側通信機2の制御部23において上記の演算を逐次行うことにより、図7に示す関数関係を動的に更新することもできる。
すなわち、スロット割当手段23Cは、判定手段23Bで判定された車載機台数Nが、パケット衝突率Rが小さい方の閾値Th1(図7の例では5%)未満となる範囲にある場合(R<Th1)には、第1スロットT1のスロット長を「長」(図4(a)参照)に設定する。
また、スロット割当手段23Cは、車載機台数Nが多いほど第1スロットT1を短めに設定するので、車載通信機3の送信時間が不足がちの場合には、路側通信機2の送信時間を抑えて車載通信機3の送信時間を増加させることができる。
このように、本実施形態の路側通信機2によれば、車載通信機3と共通する通信帯域の有効利用を図ることができる。
そして、例えば、N×ΔTが所定の閾値以上である場合には、第1スロットT1のスロット長を短く設定し、N×ΔTが所定の閾値未満である場合には、第1スロットT1のスロット長を長く設定すればよい。
また、パケット衝突率Rの代わりに、パケット到達率をスロット長の変更を行うか否かの判定パラメータとすることもできる。この場合には、パケット衝突率Rの場合とは逆に、パケット到達率が所定の閾値よりも低いならば第1スロットT1のスロット長を短く設定し、パケット到達率が所定の閾値よりも高いならば第1スロットT1のスロット長を長く設定すればよい。
次に、制御部23のデータ選択手段23Dは、第1スロットT1のスロット長が変更された場合に、前記した複数種類の提供情報S6の中から、送信すべき送信データを選択する選択処理を実行する(図6のステップST4)。
この選択処理は、提供情報S6の種類別に設定された前記優先順位に基づいて行われ、優先順位が「高」である提供情報S6(例えば、時刻情報や信号情報等)については、第1スロットT1のスロット長の長短に関係なく、常に、送信データとして選択される。
一方、データ選択手段23Dは、優先順位が「中」である提供情報S6(例えば、道路形状情報)については、第1スロットT1のスロット長が図4(a)及び(b)に示す「長」及び「中」の場合に送信データとして選択し、第1スロットT1のスロット長が図4(c)に示す「短」の場合には、送信データとして選択しない。
また、本実施形態の路側通信機2によれば、第1スロットT1のスロット長が長めに変更されて時間的余裕が生じた場合に限って、それまで送信されていなかった優先順位が高くない提供情報S6を第1スロットT1において送信するので、限られた通信帯域を効率的に利用できるという利点もある。
今回開示した各実施形態は本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲とその構成と均等な意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
2 路側通信機(通信制御装置)
3 車載通信機(移動通信機)
4 中央装置
5 車両(移動体)
6 路側センサ
7 通信回線
8 ルータ
20 アンテナ
21 無線通信部
22 有線通信部(取得手段)
23 制御部
23A データ転送手段
23B 判定手段
23C スロット割当手段
23D データ選択手段
24 記憶部
30 アンテナ
31 通信部
32 制御部
33 記憶部
T1 第1スロット(第1時間帯)
T2 第2スロット(第2時間帯)
S1 信号制御情報
S2 交通情報
S3 車両情報
S4 感知情報
S5 画像データ
S6 提供情報
S7 割当情報
Claims (6)
- 少なくとも1つの路側通信機が無線送信を行う第1時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第2時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに台数不定で複数台存在する移動通信機それぞれが他の移動通信機との間でキャリアセンス方式により無線通信可能となるために、開放する通信制御装置であって、
前記通信エリアに台数不定で複数台存在して前記第2時間帯においてキャリアセンス方式で無線通信する前記移動通信機の送信信号により生じるパケット衝突率又は当該送信信号のパケット到達率を推定し、当該率に基づいて、単位時間当たりの前記第1時間帯の長さを設定するスロット割当手段を備え、
前記スロット割当手段は、時分割多重方式で割り当てられる前記第1時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する通信制御装置。 - 少なくとも1つの路側通信機が無線送信を行う第1時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第2時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに台数不定で複数台存在する移動通信機それぞれが他の移動通信機との間でキャリアセンス方式により無線通信可能となるために、開放する通信制御方法であって、
前記通信エリアに台数不定で複数台存在して前記第2時間帯においてキャリアセンス方式で無線通信する前記移動通信機の送信信号により生じるパケット衝突率又は当該送信信号のパケット到達率を推定し、当該率に基づいて、単位時間当たりの前記第1時間帯の長さを設定し、
この第1時間帯の長さを設定する際、時分割多重方式で割り当てられる前記第1時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する通信制御方法。 - 少なくとも1つの路側通信機が無線送信を行う第1時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第2時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに台数不定で複数台存在する移動通信機それぞれが他の移動通信機との間でキャリアセンス方式により無線通信可能となるために、開放する通信制御装置として、コンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムであって、
前記通信エリアに台数不定で複数台存在して前記第2時間帯においてキャリアセンス方式で無線通信する前記移動通信機の送信信号により生じるパケット衝突率又は当該送信信号のパケット到達率を推定し、当該率に基づいて、単位時間当たりの前記第1時間帯の長さを設定するステップを備え、
前記第1時間帯の長さを設定するステップでは、時分割多重方式で割り当てられる前記第1時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定するコンピュータプログラム。 - 少なくとも1つの路側通信機が無線送信を行う第1時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第2時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機にキャリアセンス方式で無線送信させるために開放する通信制御方法であって、
前記路側通信機の通信エリアに存在する前記移動通信機の台数を判定し、
前記移動通信機の台数に応じて単位時間当たりの前記第1時間帯の長さを設定し、
この第1時間帯の長さを設定する際、時分割多重方式で割り当てられる前記第1時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する通信制御方法。 - 少なくとも1つの路側通信機が無線送信を行う第1時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第2時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機にキャリアセンス方式で無線送信させるために開放する通信制御装置として、コンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムであって、
前記路側通信機の通信エリアに存在する前記移動通信機の台数を判定するステップと、
前記移動通信機の台数に応じて単位時間当たりの前記第1時間帯の長さを設定するステップと、
を含み、
前記第1時間帯の長さを設定するステップでは、時分割多重方式で割り当てられる前記第1時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定するコンピュータプログラム。 - 請求項1に記載の通信制御装置を備えた路側通信機。
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