JP5920126B2 - 時間スロットの割り当て方法及び道路交通システム - Google Patents
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また、隣接する路側通信機同士の無線通信(路路間通信)も検討されている。例えば、交差点の周辺車両の情報や交通信号機等の情報を隣接する路側通信機が路路間通信により情報交換を行うことで、高度な信号制御や広範なエリアへの情報提供が可能となる。(例えば、非特許文献2参照)。
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。
このため、少なくとも干渉が生じる位置関係にある路側通信機の間では、1つの無線フレーム内で異なる時間帯に設定された異なる時間スロットが割り当てられる。これによって、干渉が防止される。
また、スロット数は限度内であっても路側通信機が路車間通信や路路間通信のために使用する時間スロットを必要最小限とし、車載通信機の車車間通信のための時間リソースを多く確保することが望ましい。
このため、上記高度道路交通システムを実際の道路上に適用するためには、無線リソースの節約の観点から、干渉が生じる位置関係にある路側通信機同士に対しては互いに異なる時間スロットを割り当てるという制限を加えつつ、時間スロットの必要数をより少なくすることができる割り当てを行うことが求められる。つまり、効率の良い割り当てを行い、時間スロットの必要数をできるだけ少なくすることが求められる。
この場合、相互間の無線通信で干渉が生じない配置で設けられている第一路側通信機の組みに対して、複数の時間スロットを共用させる割り当てを行うことができ、複数の第一路側通信機に割り当てられる時間スロットの全数をできるだけ少なくすることができる。
図1は、道路交通システムの全体構成を示す概略図である。このシステムは、高度道路交通システム(ITS)を構成しており、交通信号機1、路側通信機(路上通信装置)2、車載通信機3、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6aやカメラ6b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。したがって、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されていてもよい。
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おり、この制御部は、路側通信機2、路側センサ6からの各種の情報の収集、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。
なお、本実施形態では、カメラ6bは、全ての交差点のために設置されておらず、後述の重要交差点(又はその近傍)に設置されている。つまり、交差点には、カメラ6bが設置されている交差点、カメラ6bは設置されていないが車両感知器6aが設置されている交差点、車両感知器6a及びカメラ6bが共に設置されていない交差点等が存在する。
この道路交通システムを構成する、複数の交差点それぞれに設置された複数の路側通信機2は、その周囲を走行する車両の車載通信機3との間で無線通信(路車(車路)間通信)が可能である。また、各路側通信機2は、自己の送信波が到達する所定範囲内に位置する他の路側通信機2とも無線通信(路路間通信)が可能である。
また、同じく道路交通システムを構成する車載通信機3は、路側通信機2との間で無線通信を行うとともに、キャリアセンス方式で他の車載通信機3と無線通信(車車間通信)が可能である。
路側通信機2及び車載通信機3は、同一周波数帯を通信に用いるが、上記のように路側通信機2と車載通信機3の送信時間帯が区別されていることで、路側通信機2による送信信号と、車載通信機3による送信信号との衝突を回避できる。
図2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。
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、こ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。
制御部23は、有線通信部22が受信した中央装置4からの交通情報S2、道路線形情報S7や自機が配置されている交差点の交通信号機1からの信号灯色に関する信号情報S8等を、いったん記憶部24に一時的に記憶させ、無線通信部21を介してブロードキャスト送信する機能を有している。
また、制御部23は、無線通信部21が受信した車両情報S3を、いったん記憶部24に一時的に記憶させ、有線通信部22を介して中央装置4に転送するとともに、無線通信部21を介してブロードキャスト送信する機能も有している。
図3は、路車間通信の時間スロットの一例を示す概念図である。図3に示すように、路車間通信においては、時間軸方向に並べて配置される無線フレームが用いられている。
この無線フレームの1単位は、その時間軸方向の長さが、例えば100ミリ秒に設定されており、路側通信機2専用の時間スロットSL1と、その他の時間スロットSL2とを含んで構成されている。図3では、時間スロットSL1と時間スロットSL2とは、1無線フレーム内に時間軸方向に交互に、それぞれ16個配置されている。なお、この数は限定されるものではない。そして、スロット番号0〜15は、無線フレーム毎で同じように繰り返される。
時間スロットSL1には、それぞれスロット番号i(図3では、i=0〜15)が付されている。
路側通信機2同士のサービスエリアが重複する場合、あるいは、前記サービスエリアが重複しないが、前記路側通信機2同士の位置関係が距離的に近い場合には、互いに異なる時間スロットが割り当てられる。これは、路側通信機2各々のサービスエリアにおいて、他の路側通信機2の送信信号による干渉を防止するためである。
このように、異なる時間スロットSL1が割り当てられているので、干渉を生じさせるおそれのある位置関係にあるとしても、干渉を防止できる。
図2において、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、各通信機2,3の通信機ID等を記憶している。
また、制御部32は、車両5(車載通信機3)の現時の位置、方向及び速度等を含む車両情報(プローブ情報)S3を、通信部31を介して外部にブロードキャスト送信する。
さらに、制御部32は、路側通信機2から送信される、交通情報S2、道路線形情報S7、及び信号情報S8を受信するとともに、他の車両5(車載通信機3)から送信される車両情報S3を受信し、これら各情報に基づいて、右直衝突や出合い頭衝突等を回避する安全運転支援制御を行う機能を有している。
前記のとおり、後に説明する割り当て方法では、隣接する路側通信機2間に十分な距離があることで互いのサービスエリアが重複しない場合、互いに干渉を与えることはないので、このような関係の路側通信機2間では、時間スロットSL1の割り当てに特別な制限はない。しかし、隣接する路側通信機2間のサービスエリアが互いに重複する場合、あるいは、前記サービスエリアは重複しないが、前記路側通信機2同士の位置関係が距離的に近い場合、両路側通信機2それぞれに同一(同じスロット番号)の時間スロットSL1が割り当てられると、サービスエリアの重複する部分で干渉が生じるので、このような位置関係にある路側通信機2間では、異なる(異なるスロット番号の)時間スロットSL1を割り当てる。
以下、本発明の割り当て方法の一実施形態を説明する。上記システムを所定のエリアに適用する際に、このシステムの対象エリアに含まれる複数の路側通信機2それぞれに対して、1つの無線フレーム中に存在する互いに重複しない複数の異なる時間スロットSL1から一つ以上の時間スロットが割り当てられる。図4は、この割り当て方法を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示す割り当て方法は、以下に説明する時間スロットの割り当てを行うためのコンピュータプログラムが記憶されているコンピュータによって実行される。このコンピュータは、例えば中央装置4のコンピュータとすることができる。
本方法では、まず、上記システムを適用するエリアの道路形状を特定し、路側通信機2を設置するための設置候補点を設定する(図4のステップST1)。
図5は、対象エリアを設定するためのエリア内の道路形状を示した図である。なお、図5において、紙面上方向を北方向としており、また、道路Eの一部を省略して記載している。例えば、図5に示すエリアM内に設けられている道路Eの形状から、路側通信機2の設置位置V(設置候補点)を設定する。設置位置Vは、基本的に交差点に設定されるが、その他として、交差点ではないが、信号等が設けられている地点等にも設定される場合がある。
対象エリアP内では、図5中の一点鎖線に示すように、道路形状を、ほぼ格子状に近似することができ、設置位置Vを、格子状である道路の交点(交差点)としている。
推定設置位置としての地点VSは、道路Eの対応する箇所にたまたま交差点や信号機が設置されていない場合等が考えられ、将来的に道路が設置されて交差点となったり、信号機が設置されたりする可能性がある。
これにより、現状、路側通信機2が設置される可能性は低いが、将来設置される可能性のある位置についても、時間スロットの割当について考慮することができる。
ここで、設置位置Vである交差点について説明する。本実施形態の設置位置Vである交差点には、下記に定義する「重要交差点」と、下記に定義する「一般交差点」とが存在する。
・重要交差点:次の(A)と(B)とのうちの一方又は双方に該当する交差点である。
(A)交通事故が多発する交差点。
(B)車両の交通量が多くボトルネックになることが多い交差点。
・一般交差点:次の(C)と(D)とのうちの一方又は双方に該当する交差点である。
(C)交通事故の発生が重要交差点よりも少ない交差点。
(D)重要交差点に比べて従道路の交通量が少ない交差点。
また、前記(B)に関して、一般に、幹線・準幹線道路相互の交差点が重要交差点に該当する。重要交差点は、都市部では4〜5交差点に一つの間隔で存在している。そして、一般交差点は、重要交差点の周囲の(隣りの)交差点である。
また、この重要交差点では、例えば右直事故防止のため、その重要交差点の上流側の道路を撮像領域とするカメラ6bが設置されており、このカメラ6bが取得した画像データを、重要交差点に設置されている路側通信機2が収集する。しかも、重要交差点では、このようなカメラ6bが複数台設置されている場合がある。
したがって、重要交差点に設置される路側通信機2(以下、この路側通信機2の符号を2Aとすることもある)には、数多くの情報が収集され、データ量の大きな情報(ダウンリンクデータ)を扱う必要があり、この路側通信機2Aは、自機に割り当てられた時間スロットSL1で送信する(ダウンリンク送信する)。
そして、このような路側通信機2Aには、1つの無線フレーム中で、時間スロットSL1が複数割り当てられる。本実施形態では、路側通信機2Aそれぞれには、1つの無線フレーム中で、2つの時間スロットSL1が割り当てられる。例えば、ある路側通信機2A(図7の左上に存在する路側通信機2A−1)には、図11の1無線フレーム内の時間スロットSL1の説明図に示すように、フレーム番号i=2とi=13との時間スロットSL1が割り当てられる。なお、図11では、各時間スロットSL1の下に、その時間スロットSL1が割り当てられている路側通信機を示している。
これにより、この路側通信機2A−1は、1つの無線フレームにおいて、2つの時間スロットSL1に収まるデータ量の情報を送信することが可能となり、このような情報を、1つの無線フレームにおいて、フレーム番号i=2の時間スロットSL1と、フレーム番号i=13の時間スロットSL1とに分けて送信する。
これにより、この路側通信機2B−1は、1つの無線フレーム中で、この1つの時間スロットSL1に収まるデータ量の情報を、フレーム番号i=4の時間スロットSL1で送信することが可能となる。
そして、一般交差点を、その交差点に設置されている交通信号機1による信号制御の観点から定義すると、例えば、重要交差点に設置されている交通信号機1に従属して信号制御が行われる(スプリットが計算される)交差点である。
また、一般交差点は、例えば単に横断歩行者の青信号の時間を確保すればよいような交差点と定義することもできる。
図4に示す割り当て方法の説明に戻る。
前記のとおり、対象エリアPには、複数の路側通信機2(2A,2B)が設置されており、これら路側通信機2(2A,2B)それぞれに対して時間スロットの割り当てを行うが、本発明の割り当て方法では、その割り当てを行う際に、どの路側通信機2を先に割り当てるかについての優先順位が設定されている。
つまり、重要交差点用の路側通信機2Aそれぞれに対して、先に、時間スロットの割り当てを行い(図4のST3)、その後、一般交差点用の路側通信機2Bそれぞれに対して、時間スロットの割り当てを行う(図4のST4)。
そして、図7において、重要交差点J1〜J9それぞれの丸内の数字は、各重要交差点に設置されている路側通信機2A−1〜2A−9それぞれに対して割り当てられている時間スロットSL1のスロット番号iを示している。本実施形態では、路側通信機2A−1〜2A−9に対して、1無線フレーム毎に、スロット番号i=0〜2,11〜13のうち2つの時間スロットSL1が割り当てられている。
なお、本実施形態では、図7のように、i=0〜15の時間スロットのうち、二つの時間スロットからなる時間スロットのペアを、3ペア分使用して(スロット番号iが、0と11,1と12,2と13のペア)、複数の路側通信機2Aで共用させる割り当てを行ったが、i=0〜15の複数の時間スロットの内の二つ以上の時間スロットからなる時間スロットの組みを、複数の路側通信機2Aで共用させる割り当てが行われればよい。
なお、対象エリアPには、多くの一般交差点が含まれるが、本実施形態では、路側通信機2Bが設けられる一般交差点は、重要交差点の東西南北一つ隣りの交差点である。路側通信機2Bが設置される一般交差点は、J11〜J46であり、これら一般交差点J11〜J46それぞれに一般交差点用の路側通信機2B−1〜2B−36が設置される。
そして、図8において、一般交差点J11〜J46ぞれぞれの丸内の数字は、一般交差点用の路側通信機2B−1〜2B−36それぞれに対して割り当てられているスロット番号iを示している。一般交差点用の路側通信機2B−1〜2B−36それぞれに対して、スロット番号3〜10の時間スロットが割り当てられている。
また、一つの時間スロットを、複数の一般交差点用の路側通信機2Bで共用させる割り当てが行われている。すなわち、例えば、一般交差点J14,J19,J27,J34,J35,J42それぞれに設置されている路側通信機2B−4,2B−9,2B−17,2B−24,2B−25,2B−32に対して、スロット番号i=3の時間スロットが割り当てられている(図8、図11参照)。
前記実施形態のような、重要交差点用の路側通信機2Aに対する時間スロットの割り当てを、一般交差点用の路側通信機2Bよりも優先して先に行うのではなく、重要交差点用と一般交差点用とを区別しないで、単に、路側通信機2A,2Bが行う無線通信により干渉が生じないという制限に基づいて、時間スロットの割り当てを行った場合(従来の割り当て方法)の例について説明する。なお、対象エリアPの構成(重要交差点の配置等)については、図7と同じである。
しかし、本実施形態に係る方法の場合、重要交差点の路側通信機2Aに割り当てられている時間スロットのペアは、スロット番号i=(0,11),(1,12),(2,13)であり、その数は「3」であるのに対して、従来の方法の場合、スロット番号i=(0,11),(1,12),(2,13),(3,14),(4,15),(5,16),(6,17)であり、その数は「7」である。
すなわち、本実施形態の方法の場合の対象エリアP全体で必要となる時間スロットの数は、「3」×2(スロット)+(「11」−「3」)×1(スロット)=「14」となるが、従来の方法の場合の対象エリアP全体で必要となる時間スロットの数は、「7」×2(スロット)+(「11」−「7」)×1(スロット)=「18」
となる。
なお、前記従来の方法の場合、1無線フレーム中で必要となる時間スロットの数が「18」となるが、これは、図3に示したように、1無線フレーム中の時間スロットの数「16」を超えてしまう。これに対して、本実施形態の方法の場合、1無線フレーム中の時間スロットの数「16」よりも少なくすることができ、時間スロットに余裕を生じさせることができる。
そこで、このような交通事故が多発する交差点は重要交差点に設けられる路側通信機2Aに対して、複数の時間スロットが割り当てられ、このような路側通信機2Aに対して、優先的に時間スロットが割り当てられる。なお、交通事故が多発する交差点とは、例えば、一般社団法人日本損害保険協会によって提供されている「全国交通事故多発交差点マップ」<http://www.sonpo.or.jp/protection/kousaten/kousatenmap22/>に挙げられている交差点である。
以上のような割り当て方法によって、互いに重複しない複数の異なる時間スロットSL1から一つ以上の時間スロットが、対象エリアPに含まれる複数の路側通信機2(2A,2B)それぞれに割り当てられることにより、これら路側通信機2(2A,2B)それぞれは、自機に割り当てられた少なくとも一つの時間スロットSL1で無線通信を行う道路交通システムが構成される。
これに対して、一般交差点用の路側通信機2B(2B−1〜2B−36)それぞれは、無線通信に使うことが許される時間スロットの数が、重要交差点用の路側通信機2Aそれぞれが使うことの許容される時間スロットの数よりも少なく、その数は1つである。
このため、複数の重要交差点用の路側通信機2Aに割り当てられる時間スロットの全数は、共用時間スロットの数Naと同数の「6」であり、この数をできるだけ少なくすることができる。そして、この共用時間スロット以外の時間スロットSL1を、一般交差点用の路側通信機2Bに割り当てることが可能となる。
また、図10で説明したように、このように時間スロットSL1が割り当てられた道路交通システムによれば、対象エリアPの路側通信機によって使用される時間スロットSL1の必要数をできるだけ少なく抑えることが可能となる。図10の場合、「14」の時間スロットSL1で済む。
前記実施形態では、需要交差点用の路側通信機2Aに対して、2つの時間スロットを割り当てる場合について説明したが、その数は2つに限らず、3つ又は4つ以上であってもよく、また、路側通信機2Aによってその数が異なっていてもよい。そして、路側通信機2Aによって時間スロットの割り当て数が異なる場合、その数が大きい路側通信機2Aを先に優先して、時間スロットの割り当てが行われるのが好ましい。
これに対して、一般交差点用の路側通信機2Bでは、環境系の情報として、エコドライブのための情報や、グリーンウェーブ支援のための情報が処理され送信されてもよく、安全系として、信号見落とし防止のための情報が処理され送信されてもよい。
Claims (7)
- 互いに重複しない複数の異なる時間スロットから一つ以上の時間スロットを、対象エリアに含まれる複数の路側通信機それぞれに割り当てる時間スロットの割り当て方法であって、
前記対象エリアには、複数の時間スロットを無線通信に使うことが許される第一路側通信機と、無線通信に使うことが許される時間スロットの数が前記第一路側通信機よりも少ない第二路側通信機と、が含まれており、
前記第一路側通信機が行う無線通信により干渉が生じないように、前記第一路側通信機に対して先に時間スロットを割り当て、次に、前記第一路側通信機および前記第二路側通信機それぞれが行う無線通信により干渉が生じないように、前記第二路側通信機に時間スロットを割り当てることを特徴とする時間スロットの割り当て方法。 - 前記複数の異なる時間スロットの内の二つ以上の時間スロットを、複数の前記第一路側通信機で共用させる割り当てを行う請求項1に記載の時間スロットの割り当て方法。
- 前記第一路側通信機は、交通量に応じて信号制御が行われる交通信号機が設置されている重要交差点に設けられる路側通信機である請求項1又は2に記載の時間スロットの割り当て方法。
- 前記第一路側通信機は、交通事故が多発する交差点に設けられる路側通信機である請求項1〜3のいずれか一項に記載の時間スロットの割り当て方法。
- 前記第二路側通信機が使用することを許される時間スロットの数は1つである請求項1〜4のいずれか一項に記載の時間スロットの割り当て方法。
- 前記対象エリア内の複数の前記第一路側通信機には、相互間の無線通信で干渉が生じない配置で設けられている第一路側通信機の組みが含まれている請求項1〜5のいずれか一項に記載の時間スロットの割り当て方法。
- 互いに重複しない複数の異なる時間スロットから一つ以上の時間スロットが、対象エリアに含まれる複数の路側通信機それぞれに割り当てられ、これら複数の路側通信機それぞれが、自機に割り当てられた少なくとも一つの時間スロットで無線通信を行う道路交通システムであって、
前記対象エリアには、複数の時間スロットを無線通信に使うことが許される第一路側通信機と、無線通信に使うことが許される時間スロットの数が前記第一路側通信機よりも少ない第二路側通信機と、が含まれており、
互いに重複しない複数の異なる時間スロットには、複数の前記第一路側通信機が共用し、かつ、前記第二路側通信機が共用していない第一の共用時間スロットと、前記第一路側通信機と前記第二路側通信機とが共用している第二の共用時間スロットと、が含まれており、
前記第二の共用時間スロットの数は前記第一の共用時間スロットの数よりも少ないことを特徴とする道路交通システム。
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