JP5949871B2 - 無線通信システムとこれに用いる移動通信機及び送信制御方法 - Google Patents
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Description
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、限られた周波数帯域内で路路間、路車間及び車車間の各通信を行うべく、マルチアクセス(Multiple Access)が用いられることが検討されている。
しかし、路側通信機が存在するエリアでは、路車間通信、路路間通信及び車車間通信が共存する。
このように、路側通信機の情報送信を優先的に行うためには、通信を行う時間を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。
その通知方式の1つとしては、路側通信機がスロット情報をダウンリンク信号に含めてブロードキャスト送信する方式が考えられ、この場合、車載通信機は各路側通信機のダウンリンクエリアにおいて個別にスロット情報を取得することになる。
逆に、上記直接干渉が生じない位置関係にある路側通信機同士については、スロット数を少なくして出来るだけ車載通信機の送信時間帯を確保するため、基本的に同じ開始時刻のタイムスロットに割り当てて送信タイミングを重複させることが好ましい。
この場合、長い方のスロット長に従う特定の車載通信機に対して、そのスロット長を採用する路側通信機のダウンリンク信号と、短い方のスロット長に従う他の車載通信機からの送信信号との電波干渉(以下、「間接干渉」ということがある。)が発生し、当該特定の車載通信機がダウンリンク信号を適切に受信できない場合がある。
その理由は、複数の路側通信機から取得したタイムスロットのうちのどれが最長であるかをスロット長から判断するには、各路側通信機が使用するタイムスロットの開始時刻が揃っていることが前提となるからである。
その理由は、スロット番号が異なるタイムスロットの場合には、そもそも路側通信機の送信時間が重複しないので、間接干渉が生じないからである。
(5) 本発明の送信制御方法は、本発明の移動通信機についての送信制御方法であって、本発明の移動通信機と同じ技術的特徴を有する。従って、本発明の送信制御方法は、本発明の移動通信機及び無線通信システムと同様の作用効果を奏する。
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。
図2では、互いに交差する2つの道路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と備えた無線通信システムとしても機能している。
車両5に搭載された各車載通信機3は、路側通信機2からのダウンリンク信号の到達範囲であるダウンリンクエリアAにおいてダウンリンク信号を受信可能である。
このように、本実施形態ITSでは、車載通信機3同士(車車間通信)の通信と、路側通信機2と車載通信機3との間(「路」から「車」への路車間通信と「車」から「路」への車路間通信との双方を含む。)の通信については、無線通信が用いられている。
なお、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であるが、これらの間も無線通信であってもよい。
すなわち、路側通信機2用のタイムスロット以外の時間帯は、車載通信機3のためのCSMA方式による送信時間として開放されている。
この路側通信機2の時刻同期は、例えば、自身の時計をGPS衛星から取得した時刻に合わせる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。
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。
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、無線通信部21の送信タイミングを制御する送信制御部23Aと、各通信部21,22の受信データの中継処理を行うデータ中継部23Bとを有する。
また、データ中継部23B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。
すなわち、路側通信機2の記憶部24は、例えば次のa)及びb)の情報を含むスロット情報S6を記憶している。このスロット情報S6は路側通信機2ごとに個別に設定されている。
a) 自装置が使用中のスロット番号i(図4参照)
b) スロット番号iの第1スロットT1(図4参照)の開始時刻及び継続時間
送信制御部23Aは、設定された送信時間長のダウンリンク信号を生成して、このダウンリンク信号を設定された送信開始時刻に無線通信部21に送信させる。
また、路側通信機2の送信時間は、自装置に割り当てられたスロット長の範囲内で任意の時間長さに設定可能であり、そのスロット長よりも大幅に短い時間(例えば、1/3や1/2)に設定することもできる。
路側通信機2の送信制御部23Aは、上記スロット情報S6を含むダウンリンク信号に、現在時刻のタイムスタンプを付して無線通信部21にブロードキャスト送信させる。
なお、後述するメイン周期Cmをスロット情報S6に含めるようにすれば、スロットiの開始時刻やタイムスタンプの現在時刻をメイン周期Cm内の相対時刻で表現することができる。この場合、それらの時刻を絶対時刻で表現する場合に比べて、スロット情報S6のビット数を低減することができる。
図4は、路車間通信のタイムスロットの一例を示す概念図である。
図4に示すように、路車間通信のタイムスロットは、第1スロットT1と第2スロットT2とを含み、これらの合計期間が一定のスロット周期Csで繰り返ようになっている。各スロット周期Csの第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、この時間帯では路側通信機2による無線送信が許容される。
また、第2スロットT2は、車載通信機3用のタイムスロットであり、この時間帯は車載通信機3による無線送信用として開放するため、路側通信機2の送信制御部23Aは第2スロットT2では無線送信を行わない。
なお、各周期Cs,Cmの時間長やスロット周期Csの総数nについては、システム事業者が適宜設定することができるが、本実施形態では、一例として、Cs=10ms、Cm=100ms及びn=10とする。
すなわち、図4の例では、スロット1を、交差点J1と交差点J11に設置された2つの路側通信機2が共用しており、スロット2を、交差点J2、交差点J9、交差点J10に設置された3つの路側通信機2が共用している。
もっとも、直接干渉が発生し得る路側通信機2同士でも、第1スロットT1内において時分割で送信時間をスケジューリングすれば、同じスロット番号iを共用することもできる。なお、直接干渉が生じないために同じスロット番号iを使用する路側通信機2同士でも、図6(b)に示す間接干渉が生じる場合があるが、この点については後述する。
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。
車載通信機3の送信制御部32Aは、路側通信機2から取得したスロット情報S6の開始時刻とスロット情報S6に従って、自身に許容された無線送信の時間帯を設定し、この時間帯だけ通信部31に無線送信を行わせる。
なお、車載通信機3の送信制御部32Aは、複数の路側通信機2の送信タイミングが重複して割り当てられたスロットiの場合は、複数のスロット情報S6に基づいて間接干渉を回避するための送信可能時間の設定処理を実行するが、その詳細については後述する。
車載通信機3のデータ中継部32Bは、通信部31が受信した受信フレームから所定のデータを抽出し、抽出したデータを送信フレームに含めて同通信部31に送信させる中継処理を行うことができる。
また、データ中継部32Bは、路側通信機2のダウンリンク信号や他の車両5から受信した受信フレームにスロット情報S6が含まれている場合には、そのスロット情報S6を抽出して記憶部33に一時的に記憶させるとともに、そのスロット情報S6を送信フレームに格納して通信部31に送信させる。
従って、路側通信機2から直接受信したスロット情報S6を自身が送信する送信フレームに含める場合には、中継回数のフィールド値は「1」となる。また、他車両5から受信した中継回数が「1」の受信フレームから抽出したスロット情報S6を自身が送信する送信フレームに含める場合には、中継回数のフィールド値は「2」となる。
なお、本実施形態では、車載通信機3の制御部32は、他の車両5(車載通信機3)から直接受信した車両情報S3や、路側通信機2から受信した他の車両5の車両情報S3に含まれる、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安全運転支援制御を行うことができる。
図5は、車載通信機3の送信フレームのフォーマットの一例を示す図である。
図5に示すように、車載通信機3の送信フレームには、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、ヘッダには、MACヘッダを拡張した拡張MACヘッダが定義されており、この拡張ヘッダに前記スロット情報S6やその中継回数が格納される。
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(a)は直接干渉の説明図であり、図6(b)は間接干渉の説明図である。また、図6(c)は間接干渉が発生し得るスロット割当を示すタイムチャートである。
以下、図6を参照して、本実施形態の無線通信システムにおいて問題となる上記2種類の電波干渉の内容と、間接干渉を回避するための車載通信機3における送信制御方法について説明する。
かかる直接干渉は、図6(a)に示すように、2つの路側通信機2X,2YのダウンリンクエリアA,Aが重複する範囲にある車両5に対して、各路側通信機2X,2Yが同時にダウンリンク送信する場合に発生する。
逆に言えば、上記直接干渉が生じない図6(b)に示す位置関係にある路側通信機2X,2Y同士については、路側通信機2X,2Yからの送信信号の直接的な衝突のみを想定すれば、基本的に同じスロットkに割り当てるのが効率的である。
この場合において、「間接干渉」とは、第1の路側通信機2Xのダウンリンク信号と、第2の車載通信機3Yの送信信号Sy、又は、この送信信号Syを契機として無線送信された他の車載通信機3Zの送信信号Szとが、第1の車載通信機3Xに対して同時に到達することをいう。
すなわち、図6(c)に示すように、路側通信機2X,2Yの送信時間Tx,Tyが同じ開始時刻のスロットk(スロット番号i=kの第1スロットT1)に割り当てられているが、路側通信機2Xに割り当てられたスロット長Lxが、路側通信機2Yに割り当てられたスロット長Lyよりも長いと仮定する。
これに対して、路側通信機2YのダウンリンクエリアAでスロット情報を受信した第2の車載通信機3Yの場合は、短い方のスロット長Lyの範囲でしか無線送信が規制されないので、スロット長Lyの経過後でかつスロット長Lxの経過前の時間帯(図6(c)の(Lx−Ly)の時間帯)に無線送信を行うことができる。
また、車載通信機3X,3Y間の距離が電波到達距離を超える場合でも、第2の車載通信機3Yの送信信号Syを受けてデータ中継を行う第3の車載通信機3Zの送信信号Szが、第1の車載通信機3Xに到達することもあり得る。
そこで、本実施形態では、移動通信機3Yの送信制御部32Aが、受信した複数のスロット情報S6に基づいて、同じスロット番号kのスロットkを使用する、送信タイミングが重複する各路側通信機2X,2Yのいずれもが許容する時間帯を、自身の送信可能時間に設定することにより、上記間接干渉を回避するようにした。
なお、図6(b)及び(c)では、2つの路側通信機2X,2Yの場合を例示したが、3つ以上の路側通信機2に同じスロットkが重複して割り当てられている場合も同様である。すなわち、この場合は、送信制御部32Aが、3つ以上の路側通信機2についての各スロット長の最大値以外の時間帯を、自身の送信可能時間に設定することになる。
この場合には、複数の路側通信機2の送信タイミングが重複するスロットkのスロット長だけでなく、スロット開始時刻が揃っていない場合でも、前記間接干渉を有効に防止することができる。
図7(a)は、路側通信機2X〜2Zと車載通信機3X,3Yの位置関係を示す道路平面図であり、図7(b)は、車載通信機3Yによる送信可能時間の設定処理の具体例を示す説明図である。
以下、図7を参照しつつ、車載通信機3Yの送信制御部32Aが行う送信可能時間の設定処理について説明する。
更に、各路側通信機2X〜2Zは、それぞれ直接干渉の位置関係ではないので、図7(b)に示すように、同じ開始時刻(t=10m秒)のスロットkを使用している。
なお、第3の路側通信機2Zは、路側通信機2Xよりも更に大規模な交差点に設置されていると仮定して、三者2X〜2Zの中では最も長いスロット長(=7m秒)のスロット情報SLzとなっている。
かかる状況下において、車載通信機3Yの送信制御部32Aは、まず、自身が取得した各スロット情報SLx〜SLzの中継回数と、その受信時から現在時刻までの経過時間とに基づいて、各スロット情報SLx〜SLzの有効性を判定する。
そして、送信制御部32Aは、それらの判定結果がいずれも肯定的であるスロット情報を有効とし、いずれかの判定結果が否定的であるスロット情報については、無効として送信可能時間の設定処理の対象から除外する。
次に、車載通信機3Yの送信制御部32Aは、有効と判定されたスロット情報SLx,SLyからスロット長をそれぞれ抽出し、その中の最大値(=5m秒)を、路側通信機2X,2Yの送信タイミングが重複するスロットkのスロット長であると見なして、その最大値以外の時間帯を、自身の送信可能時間(図7(b)のハッチング部分)に設定する。
また、本実施形態では、車載通信機3Yの送信制御部32Aが、スロット情報SLx〜SLzの中継回数や経過時間に基づいてその有効性を判定するので、車載通信機3Yから見て無関係な路側通信機2Zのスロット情報SLzが除外される。
すなわち、図7(b)の例では、実は第3の路側通信機3Zのスロット長が7m秒(=最大長)であるため、このスロット情報SLzを除外しないと、遠方にある路側通信機3Zのスロット長によって車載通信機3Yの送信可能時間が無駄に短縮するが、本実施形態では、第3の路側通信機2Zのスロット情報SLzが無効として除外されるので、かかる送信可能時間の短縮を未然に防止できる。
このため、車載通信機3Yが、最小の中継回数のスロット情報SLyに基づいて送信可能時間を設定することに伴う間接干渉を有効に防止することができる。
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。本発明の権利範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲及びその構成と均等な範囲内での全ての変更が含まれる。
2 路側通信機
3 車載通信機(移動通信機)
4 中央装置
5 車両
21 無線通信部
22 有線通信部
23 制御部
23A 送信制御部
23B データ中継部
24 記憶部
30 アンテナ
31 通信部(受信手段)
32 制御部
32A 送信制御部(送信制御手段)
32B データ中継部
33 記憶部
S1 信号制御指令
S2 交通情報
S3 車両情報
S4 感知情報
S5 画像データ
S6 スロット情報
T1 第1スロット(タイムスロット)
T2 第2スロット(タイムスロット)
Claims (5)
- 路側通信機からの無線送信専用のタイムスロットが時分割で割り当てられ、そのタイムスロット以外の時間帯だけ移動通信機が無線送信するのを許容する無線通信システムであって、
前記移動通信機は、前記タイムスロットに関するスロット情報を受信する受信手段と、
前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる前記路側通信機から受信した複数の前記スロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする送信制御手段と、を有することを特徴とする無線通信システム。 - 前記スロット情報には、周期的に繰り返す複数の前記タイムスロットのうちのどの前記タイムスロットかを表すスロット番号が含まれ、
前記送信制御手段は、前記スロット番号が同じである前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする請求項1に記載の無線通信システム。 - 路側通信機の無線送信のために時分割で割り当てられたタイムスロット以外の時間帯だけ無線送信するのが許容された移動通信機であって、
前記タイムスロットに関するスロット情報を受信する受信手段と、
前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる前記路側通信機から受信した複数の前記スロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする送信制御手段と、を備えていることを特徴とする移動通信機。 - 前記スロット情報には、周期的に繰り返す複数の前記タイムスロットのうちのどの前記タイムスロットかを表すスロット番号が含まれ、
前記送信制御手段は、前記スロット番号が同じである前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする請求項3に記載の移動通信機。 - 路側通信機の無線送信のために時分割で割り当てられたタイムスロット以外の時間帯だけ無線送信するのが許容された移動通信機の送信制御方法あって、
前記タイムスロットに関するスロット情報を受信するステップと、
前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる前記路側通信機から受信した複数の前記スロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とするステップと、を含むことを特徴とする移動通信機の送信制御方法。
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