JP2007013960A - 無線アドホックネットワークにおける情報拡散方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のアドホックネットワークにおける技術的課題を解決する。
【解決手段】協働指名アルゴリズムが、車両間通信ネットワークにおいて協働する複数の車両に情報を拡散するために設けられる。その方法は、協働車両のうちの１台から到来する車両通信メッセージを受信車両にて受信し、次の車両通信メッセージを同報通信するために、到来する車両通信メッセージにおいて識別された協働車両のうちの１台を指名して、上記受信車両から車両通信メッセージを送信し、その際、送信する車両通信メッセージは、次に車両通信メッセージを同報通信するために指名された車両を識別する情報を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的に車両間通信に関し、より具体的には、車両間通信ネットワークにおいて情報を拡散するための協働マルチキャストアルゴリズムに関する。

車両間無線通信は、車両の安全性を大きく改善する可能性を有している。緊急電子ブレーキランプ信号通知、道路状態警報または事故警報のような警報情報は、近隣の車両に直接伝送することができ、またはより離れた車両に伝達することができる。無線通信の本来の放送特性は、車両の安全性のためのマルチキャストマルチホップ（ｍｕｉｔｉｃａｓｔ ｍｕｌｔｉｈｏｐ）の実行に役立つ。協働的な衝突警報または回避は、車両ベクトル情報の周期的なマルチキャストを通じて達成することができる。ビークル・セイフティー・コミュニケーション・コンソルティアム（ＶＳＣＣ）、フェデラル・ハイウエイ・アドミニストレーション（ＵＳ ＤＯＴ ＦＨＷＡ）およびＩＳＯ（ＴＣ２０４ＷＧ１６）のような多数の交通安全フォーラムは、たとえば障害や致死事故の統計値に基づいて、高優先度の用途またはシナリオを識別する。

アドホック車両間通信は、基幹的通信施設またはセルラベースのテレマティクス通信方法を越えるいくつかの利点を有している。これらの利点は、短い待ち時間の通信、多数の送信車両／転送車両またはメッシュトポロジーによる堅牢性、低コストのライセンスが不要の周波数帯域の利用、キャリヤの独立性、及び空間的な多様性によるいっそう大きな容量と装備車両がどこにあっても利用できることなどを含む。通信が利用できる範囲、堅牢性、及び待ち時間についての利点は、安全性の用途にとって特に重要である。

しかしながら移動アドホックネットワークは、特有の技術的課題を有する。その課題は、ダイナミックトポロジーにおけるユニキャストまたはマルチキャストいずれかのルート捜索、競合の回避、集中同期及びアクセス管理機能無くしての同期化、及び比較的長い距離のマルチホップパケットルートにわたる短い待ち時間の維持などを含む。車両が高密度に密集している場合、特に同期および競合の管理が困難になるが、一方車両の密集度が低い低密度の場合は、特にルート捜索が困難になる。待ち時間に関しての課題は、ネットワークを構成する車両がまばらな場合にも、混雑している場合にも存在する。まばらな車両によるネットワークでは、間接的なルート捜索または断片化されたネットワークのために待ち時間に関する問題が生じる。高密度の車両によるネットワークにおいても、多数の用途のために生ずる、競合および帯域幅の共用により、待ち時間の問題が生じる。装備車両の交通が高密度及び低密度でのもとにおける、車両間ネットワークの特性は、このようなシステムの実現可能性を決定するものであり、かつ相当な量に達し、発展に達するために必要な長い時間枠のため、重大な関心事となっている。

それ故にこのようなシステムに関連した、それらの技術的課題を解決できる車両間通信を提供することが望まれている。

協働指名アルゴリズムが、車両間通信ネットワークにおいて協働する複数の車両に情報を拡散するために設けられる。その方法は、協働車両のうちの１台から到来する車両通信メッセージを受信車両にて受信し、次の車両通信メッセージを同報通信するために到来する車両通信メッセージにおいて識別された協働車両のうちの１台を指名して、上記受信車両から車両通信メッセージを送信し、その際、送信する車両通信メッセージは、次の車両通信メッセージを同報通信するために指名された車両を識別する情報を含む。

本発明のさらなる適用が可能である範囲は、以下に与えられる詳細な説明から明らかとなる。ただし、その詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すものではあるが、説明のみを目的とすることを意図するもので、本発明の範囲を制限することは何ら意図するものではないことが理解されるべきである。

最善のケースのシナリオにおいて独立に動作する場合、車両は、図１に示すように、各々の状態ベクトルを送信することができ、その際、更新の速度（割合）は、すなわち特定の車両の状態が同報通信される速度（割合）は、明らかにパケットの速度（割合）よりも大幅に低い。

それに対して、車両は、それら自身の基準状態に加えて、集合情報（すなわち他の車両の状態ベクトル）を送信することができる。集合情報は、以前かつ最新の送信から集められて記憶される。このように、それぞれの車両は、順番に代表車両として作動して、集合情報を送信する。それぞれの車両が集合情報を送信するので、全体的な更新速度は、図２に示すように車両当たりはるかに少ない送信によって維持することができる。このアプローチは、後にさらに説明されるように、協働指名マルチキャストアルゴリズムのための基礎として役立つ。

ＶＳＣＣは、（４８ビット通信アドレスまたはライセンスプレート番号のような）車両識別子および時間刻印とともに、位置（ＧＰＳ座標）、速度（方向＆スピード）及び加速度からなる基本要素を含む仮の車両対車両データメッセージ要件を提案している。これらの指標のそれぞれは、基準車両からの相対的な差として表わすことができる。場合によっては加速度を除いて、協働車両のグループに対するパラメータ間の差異が、絶対値よりもずっと小さいことがある。なお、送信する車両が、基準車両である必要はないことに注意されたい。他車両のパラメータ差異が、最もコンパクトな形で表わすことができる車両を基準車両として利用することは、望ましいことである。

加えてＶＳＣＣは、車両の将来の位置を予測するために利用することができる、ステアリングホイール角度、スロットル位置、方向指示信号状態、ヨーレート、及びブレーキ位置などの種々のデータを提案している。これらのパラメータは、これらの間に遅延があるかもしれないとはいえ、近隣車両のグループにおいて比較的小さな値となるとも考えられる。

単純な送信では、送信されるパケットが、送信する車両だけに関する情報を含み、それは、以後、個別パケットと称される。個別パケットの典型的な最小の内容は、送信車両のための識別子および少なくともいくつかの車両情報を含む（送信に固有のものを除く）。

図３は、本実施形態の基本原理に従う、例示としての集合パケット３０を示している。集合パケット３０は、全体として、共通のまたは密接な関係を有する情報を持つ多数の車両の情報を含んでいる。この例において、集合パケット３０は、基準セクション３２、およびデルタリストと称する差異セクション３４を含んでいる。基準セクション３２は、個別パケットの内容に類似している。基準セクション３２は、送信車両のＩＤ３５およびその状態情報３６を含んでおり、この情報は、共通または類似の状態を分かち合う他車両の状態を報告するための基準としての役割を果たす。他車両それぞれの状態は、デルタリスト内に記述されている。デルタリストは、その状態がパケット内において報告されるすべての他車両を識別する。他車両それぞれの状態情報は、基準状態からの差を特定する情報だけを含むように凝縮されている。状態が基準状態と同じである場合、その状態が含まれる必要はない。

ｎ台の近隣車両の状態ベクトルを組み込む集合パケットのサイズは、個別パケットのサイズのｎ倍よりもはるかに小さい。このことは、ヘッダーおよびオーバーヘッドに加え、絶対値に比較して相対的に小さなデルタ値を表わすために必要なビット数との２つの要因によるためである。好ましい例は、絶対値に対する相対的な緯度および経度の値またはＧＰＳ測定値である。

他車両のための状態ベクトルを決定するには、以前に受信した（時間刻印された）ベクトルに基づいて、それらの他車両の現在の状態の推定値を推定もしくは算出するための代表車両を必要とすることがある。たとえば代表車両は、隣接車両が以前に報告された速度および／または加速度を維持しているならば、現在、存在しているであろう位置を計算することによって、隣接車両の現在位置を推定することができる。

集合パケットを送信する車両は、代表車両と称される。代表車両は、常に同じ車両ではなく、時間の経過に伴って変化する。あらゆる延長された時間の経過にわたって同じ車両を利用することは、電力消費、他車両の日付を有するベクトル、日付を有する状況の認識、及び制限された通信利用範囲を含む、潜在的に重大な多数の問題を引き起こす。その逆に車両の変更は、拡大された通信利用範囲、車両あたりの利用電力の低減、状態や状況変化を考慮したときの効率の改善、を含むいくつかの利点を有する。

車両間通信は、基幹的通信施設による広範囲の通信範囲を欠きながら、自己組織化を行うことが必要となるので、代表車両を交代させる方法の決定は、困難な課題である。本実施形態では、指名する車両において利用可能なチャネルおよび隣接車両の履歴情報に基づいて、その車両が好ましい次の送信車両の指名を行うことを可能にする協働競合回避アプローチを利用する。多数の車両を指名候補として、それらから指定することができる、堅牢な指定方法が提案される。

スロット予約方式は、ノードがその送信のために将来の時間的期間またはスロットを予約するキャリヤセンス多重アクセス衝突回避（ＣＳＭＡ／ＣＡ）方式の仮想のキャリヤセンスネットワークアロケーションベクトル（ＮＡＶ）に類似している。それぞれの受信ノードは、ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣのＮＡＶに似たデータベースにこれらの予約を記憶させている。ただし、予約方法は、限定的な評価能力を有する。ノードの数が増加するにつれて、スロットの数を増加しなければならず、これは送信のサイズを制限する。さらに、本来的に、それらのスロットを最初に予約したノードに送信の優先権が与えられる。さらに、各々のノードは、任意に予約を行うために任意の支配権を有する。

自己組織化の代替方法は、ノード（車両）が将来送信するノード（車両）を選択することにある。選択は、システムが一定の基準で決定されたとき、優先権および柔軟性を与える。選択の欠点は、選択プロセスのための著しいオーバーヘッドにある。提案される競合管理方法は、車両が、オーバーヘッドの問題を除去する方式で、代表車両を指定するためのものである。選択オーバーヘッドメッセージ送信を行うことは、本来的に帯域幅を消費し、さらなる待ち時間や競合をもたらすので、非効率的である。本実施形態により提案される方法では、代表車両に次の送信車両を指定させる（指名させる）。このように、送信車両が、集合パケット送信において、その後の代表車両を絶対的に指定する、効率的な指定方法が提案される。

図４から図６は、本実施形態の基本原理に従う、例示としての協働指名マルチキャストアルゴリズムを示している。そのアルゴリズムの関連するステップだけがそれらの図に関連して議論されるが、その他のソフトウエアによって実行されるステップが、車両間通信システムの全体的な動作を制御しかつ管理するために必要とされることがあることが理解されるべきである。

車両の情報は、それ自身の状態送信によって、又は、集合パケットにおいて差異の形態でその情報を繰り返す代表車両としての役割をもつ別の車両によって拡散される（ネットワーク中くまなく更新される）。各々の車両は、車両の情報が所定の間隔でマルチキャストされていることを確認するために利用される更新タイマを維持している。

更新タイマは、初期設定の際に（最初の送信の際またはその前に）スタートされ、さらに図４のステップ４２に示すようにパケットの送信の際、または図５のステップ５８に示すように現在の車両の情報を含む集合パケットを受信した（その情報を集めた）際のいずれかに再スタートされる。更新タイマは、所定の更新満了時間に到達した際にタイムアウトする。更新の満了時間Ｔ_Ｕは、状態更新の間の最大の時間周期である。タイムアウトが生じると、パケットが送信され、かつタイマは、ステップ４２，ステップ４５およびステップ７２に示すように再スタートされる。

各々の車両は、代表車両であった別車両によって指名された車両が、次の集合パケットをいつ送信するかを決定するために利用される指名タイマも維持している。指名タイマは、図５のステップ６１に示すように現在のノードの状態を含む別のノードからの状態送信を受信した際にスタートされ、もしくは再スタートされる。タイムアウト値は、車両が一次代表車両として指名されたか、または予備代表車両として指名されたかどうかに依存してセットされる。

予備代表車両は、一次代表車両が割り当てられた時間内に送信しない場合に、代表車両となるべく指定された車両である。多数の指定された予備代表車両が存在する場合、それぞれが、一次および上位の予備代表車両が送信に失敗したかを確認するまで待機しなければならない。実用上の理由から、その検出は、一次代表車両が送信したかどうかではなく、一次代表車両が指名を聞いたかまたは送信したかとは無関係に、予備代表車両が一次代表車両の送信を受信したかどうかによって行なわれる。

指名タイマは、車両が一次代表車両または予備代表車両として指定された場合にのみ利用される。指名タイマは、単一の指名された状態送信を送信した際に停止される。指名タイマのタイムアウトＴ_Ｎ’は、次の構成可能なまたは所定のパラメータに依存してセットされる：
Ｔ_Ｎ−指名時間満了（指名と一次代表車両による更新との間の最大時間）、
Ｔ_Ｂ−予備指名期間（一次代表と第１予備代表との間および後続の予備代表指定の間の時間）。

指名タイマのタイムアウト値は、車両が一次代表車両（ｐ＝０）として指定されたか、若しくは予備（二次）代表車両（ｐ＞０）として指定されたかどうかにも依存している。なお、ｐは、受信された集合パケットに包含される指名された代表車両の事実上の順序である。ｐ＞０である場合、受信した車両はｐ番目の予備代表車両となる。指名タイマのタイムアウト値は、図５のステップ６０に示されるように、Ｔ_Ｎ’＝Ｔ_Ｎ＋ｐＴ_Ｂに従ってセットされる。指名タイマのタイムアウトが生じたとき、代表車両は、図４のステップ４７に示すように、タイマを停止し、かつ状態パケットを送信する。

特に図５を参照すると、各々の車両は、送信された状態パケットを受信するためのチャネルをモニタする。パケットを受信した際、車両は、いずれの協働車両がパケットを送信したかを判定するために、ステップ５１において基準セクションを読み取る。

各々の車両は、近隣の車両の状態ベクトル（潜在的に現在更新された車両または局所的な車両だけに対して）のデータベースを維持する。パケットがデータベース内に維持されていない車両に対する状態を含んでいる場合、その車両は、ステップ５４に示すようにデータベースに付け加えられる。

データベースは、各々の車両の状態に関する最後の更新の時間刻印も含んでいる。集合パケットを受信した際に、車両は、送信された集合パケットに含まれるそれぞれの車両状態に時間刻印を施す。パケットを送信した車両に対する時間刻印は、ステップ５２において更新されるが、一方パケット内において識別される残りの車両の各々に対する時間刻印は、ステップ５６において更新される。換言すれば、（直接的に）その車両から受信された車両の情報の最新の更新と、（間接的に）別の車両から受信された車両の情報の最新の更新とに対して、分離した時間刻印が維持される。この区別は、新しいパケット内に含めるべき車両、及び後にさらに説明するようにそれらを含める順序を選択するための、所定の評価（たとえばステップ７３およびステップ７５）を可能にする。

集合パケットを受信した際に、各々の車両は、ステップ５７に示すように、集合パケットが自車両の状態を含むかどうか（すなわち、代表車両が送信したパケットが受信車両の状態を含んでいたか）を確認するためのチェックも行う。パケットが受信車両の状態を含んでいる場合、その状態が十分に正確であるならば（有効）、受信車両は、ステップ５８において、その更新タイマを再スタートする。構成可能な精度の閾値が、個々の修正量を制御するために利用されることができ、かつその閾値は、望ましくは更新または指名の間隔に依存する。なぜなら推定の精度は、この周期に比例しやすいからである。１００ｍｓまたはそれ以下の短い周期が、実質的な車両状態が推定のために利用できるとき、かなりの精度誤差を生じる結果になることはほとんどない。

さらに、集合パケットが受信車両を指名した場合、受信車両は、ステップ５９において、（たとえば誰か他の車両によって）指名がすでになされているかを確認するために、指名タイマが起動されているかをチェックする。以前に、指名を受けていない場合、ステップ６０に示すように、順序割り当てリストにおける受信車両の位置に従ってタイムアウト値がセットされた後に、指名タイマがスタートされる。

集合状態送信プロセスは、図６に示されている。送信車両は、代表車両と呼ばれる。車両は、プロセスの初期設定をしたとき、指名タイマがタイムアウトしたとき、更新タイマがタイムアウトしたとき、または状態が著しく変化したとき（例えば、車両安全性の用途に対して要求される精度または品質を越える状態変化）、のいずれかの場合に、状態を送信する。変化が著しいかどうかの判定は、構成、調整または適合によって、その精度を高めることができる。たとえば、望ましい協働の量、帯域幅の利用または精度に依存して閾値を適合させることが好ましい。

状態を送信する場合、車両は、その状態内にどの他車両を含むべきかを決定しなければならない。本実施形態では、次のすべての条件が満たされた場合にのみ他車両が含められる。まず、現在の代表車両によって記憶された車両の状態が、ステップ７３にてチェックされるように現在のものであり（すなわち時間Ｔ_Ｒ内において更新されている）、次に、車両状態が、概して時間Ｔ_Ｒより長いＴ_Ｄを用いて、ステップ７５においてチェックされるように、最近、その車両から直接受信され（最も最近の状態を直接受信している必要はない）、さらに、車両の状態が、現在の代表車両の状態のデルタ（差異の形態）として表現することができ、かつステップ７７においてチェックされるように、その差異が比較的小さく、及び、車両状態が、現在の代表車両の状態に引き続き関連することを合理的に予測でき、最後に、車両状態が、サイズ、タイミングまたはその他の制約に基づいて、集合パケット内に論理学的に含むことができることである。

一般的に述べれば、これらすべての条件が利用されるかは、任意である。しかしながら本発明の範囲において、１つまたは複数の条件を除外することができ、及び／又はその他の条件が使用され得ることは容易に理解される。たとえば、別の車両の過去の状態の送信は、その車両の状態を誤表現しているだけでなく、追加的にまたはその代わりに、異なった通信範囲を有する別の代表車両によって送信されるその同じ車両の現在または過去の状態と矛盾するかもしれず、それ以上の混乱を引き起こす結果になる。

比較的大きな、すなわち“著しい”車両ベクトルデルタの構成を定義するために種々の代案がある。大きなデルタは、プロトコルフィールドに対して定義されても良いし（デルタは、デルタフィールドによって表現することができる最大値を越えている）、進行の方向に関して定義されても良いし（車両が反対または直角方向に進む場合と、平行または一致した経路を進む場合）、将来の経路に関して定義されても良いし（車両は、近い将来に範囲内にあると予測するために必要とされるよりゆっくりまたは早く進行している）、または望ましいやり方で、協働車両を組織化するその他のいずれの方法によって定義しても良い。協働車両のための許容可能なデルタの構成または適合は、ネットワーク共同作用のレベルの最適化を可能にすることができる。ある車両のデルタが１つの車両によって含むには大きすぎることがあったとしても、それは、他の車両に対して小さいかもしれない。

すべての車両が無線範囲内にある２方向道路上において、反対方向に進行する車両を考慮されたい。反対方向に進行する車両間のデルタは、レーン間の協働にとって大きすぎることがある。このシナリオにおける協働マルチキャストアルゴリズムの目的は、少なくとも２つのグループ（それぞれの方向ごとに１つ）に協働車両を組織化することにある。自己組織化されたグループの周期的な送信の流れは、競合の回避から自動的に結果として生じる時間オフセットによって、チャネルを共用する。単一の車両ベクトル（またはその他の情報）がこの範囲において真に唯一のものである場合、更新速度において周期的にそのベクトルを送信する。

この実施形態において、集合パケットにおいて表わされる車両の順序は、受信車両によって利用されるべき指名順序を示している。より具体的には、パケット内における車両の順序は、最大値から最小値Ｔ_Ｌまでである。それ故に、最も長い時間周期にわたって受信され無かった車両が、最初に指名される。もしくは、直接受信時間刻印（Ｔ_ＬＤ）に基づいて順序を決めても良い。いずれの場合にも、ステップ７８に示すように、挿入分類が、集合状態パケットを生成する間に、この順序決めを達成するために利用することができる。その他の種々の代案も用いることが可能であり、それは、車両の相対的な位置（協働状態を広げるために有利な位置かどうか）、それらの動き（車両がいずれにせよ送信を必要とするような運動変化したかどうか）、またはそれらの安定性（過去のある最近の期間において、状態が実質的に矛盾したかまたは変化したかどうか）に基づいて、車両同士を分類することを含む。もしくは、指名が、集合パケットにおいて明確に示されても良い。指名順序を決定するためのその他の技術が本発明の広い権利範囲内に入ることは、容易に理解される。

ここまでで説明したアルゴリズムおよびプロトコルは、車両状態更新のため、無線通信範囲のおよそ２倍の範囲を達成するために利用できる。車両のトポロジーが十分に動的である場合、無線範囲の２倍を越えて増加されることもある。その限界は、情報を転送することを、その情報を直接的かつ最近に受信した車両に制限することによるものである。

その限界は、信頼度の低い情報、すなわち“遠い”車両の情報にフラグを付けることによって、安全に緩和することができる。ビットフィールドまたはマスクが、集合パケットにおいて、このことを達成するために使用される。もしくは、ホップ計数が、車両ごとに含まれても良い。この計数は、その状態（位置）が報告された車両の距離の尺度を提供する。

送信された計数が、問題の車両において最近集められた最も小さい計数であり、それを１だけ増加するように、この係数の判定は注意深く行なわれる。換言すれば、それぞれの車両は、それぞれの近隣車両のための近隣データベースにおいて、たとえば過去Ｔ_Ｄ秒の間に受信された最小の計数を維持する。問題の車両に送信されたパケット内に含まれる計数が、最小の係数であれば、１だけ増加される。

ホップ計数の閾値は、遠方の車両に対する情報の転送の程度を制限するために利用される。基本的に、伝搬距離は、最大無線範囲ｒによって乗算されたホップ計数ｃに近付く。それ故に、ホップ計数閾値χ’は、典型的な無線範囲によって所望の最大伝搬距離を除算することによって計算することができる。この方法は、協働構想へのマルチホップ拡張であるため、単純なフラッディングよりもずっと効果的である。

さらに協働制御は、単一ホップ直接受信条件を修正することによって拡張することができる（図６におけるＴ_ＬＤ［ｉ］＜Ｔ_Ｄ）。無線範囲内に直接的には存在しない車両との協働を可能とするために、直接受信条件は、χまたはそれより少ないホップを介して情報が受信された車両に情報の転送を許可するように緩和することができる。χとして、閾値χ’より小さい値を利用することが望ましい。なぜなら、修正が受信されないからである（すなわち、検出不能エラー）。差異（Ｐ_ＵＥ∝χ’−χ’、χ≦χ’）が大きくなるほど、システムの堅牢性も高まる。

堅牢さは、転送車両の無線範囲内のエリアに、修正が広がる機会を増加することによって達成される。

車両がまばらな状態は、情報を伝搬する事に関して困難性を生み出す。協働指名マルチキャスト方法は、このような状況に対しても堅牢である。なぜなら、より最近に範囲内に到来してきた車両に対して、もはや範囲内に存在しない車両に関する情報を周期的に転送することを可能にするからである。時間周期は、前記のように、Ｔ_Ｄと称する構成可能な閾値に制限され得る。閾値の増加は、特にまばらなまたは間欠的な車両交通において、情報を多数の保持し、かつ転送することを可能にする。前述の範囲拡大構想を利用すれば、保持された情報の信頼性も、定量化しかつ通信することができる。

新しい車両が、１つまたは複数の協働車両の範囲内に到来したとき、それらの新しい車両の各々からの個別的、周期的な更新の送信は、協働グループによって検出され、それにより、新しい車両は、当然のこととしてグループに加わる。それぞれの新しい車両の状態は、グループのメンバー車両によって保持されかつ繰り返し送信され、他方、その新しい車両は、協働送信に参加するように指名される。

車両が、協働車両のグループから離れると、これらの車両は、もはや指名に応答しないので、短い指名予備遅延時間内に、他の車両がその指名を引き継ぐ。

直線道路セグメントにおける協働は、協働方法によって取り扱うことができるトポロジーの１つにすぎない。アルゴリズムは、道路の形状に依存しない。交差点や駐車場は、興味深いトポロジーを提供し、実質的な交通がある場合、車両の走行する方向は、隣接する２方向よりも多くの方向に互いに離れるように延びることがある（すなわち、車両進行経路に関する多次元のトポロジー）。アルゴリズムは、経路または次元に関係なくこのようなシナリオに対して適用することができる。経路または次元におけるこのような増加の結果、一般的には、別のグループの範囲に含まれる協働車両の多数のグループに移行する。しかしながら、グループの数が、それらが占有するエリアにおける無線範囲の倍数の数で制限されるので、その増加も制限される。

協働指名マルチキャスト方法は、ローカルネットワークグループに属する協働車両の発見、参加及び離脱を統合し、かつ車両のトポロジーに依存することなく有効である。

マルチキャスト計測能力は、車両の安全性の適用に対して鍵を握る要件である。本実施形態は、有効な解決策を提供する。この新しい方法は、車両のトポロジーに関係なく局所的にまたは延長された距離にわたって、車両に関する情報の同期化した拡散のための手段を提供する。アルゴリズムは、ルート発見や維持のようなルート捜索の目的にも利用することができる。

その方法は、直接受信基本原理と近隣車両によって送られる不正確なまたは古くなった推定された状態の修正との両方による、誤りおよび見積もり誤差のような課題に対しても堅牢さを提供する。

さらに、本実施形態の方法は、協働車両による最小の処理しか必要とせず、かつ、ネットワークにおけるあらゆる点でのパケット負荷が、車両の数ではなく、所望の更新速度（すなわち、一秒ごとの更新）に基づく一定限度を有するので、帯域幅に関する要求が最適化されている。それ故に、帯域幅の要求は、車両の密度とは全く無関係であり、その結果、無線メディアの利用に関して、高い計測性能を持つシステムとなる。

本実施形態による方法は、強靭な自己訂正の特徴を維持したまま、広い範囲の通信可能範囲を提供するマルチホップに拡張されることができる。この拡張は、どのような承認制御も必要とすることなく、広範囲のメディアアクセスにおける優れた協働および同期化を提供する。

本実施形態による方法は、集合様式において、周期的な送信を適応的に自己組織化する能力を有する。このことは、事象発生時に行われる通信のような周期的でない、すなわち非周期的な用途が、本実施形態の方法によって生成されたチャネル内に自己組織化された自由スロットを確実に利用できるとの追加的な利点を有する。これらのスロットは、本来、周期的な指名送信の間に生成される。したがって、本実施形態による方法は、確実にかつ同時に時分割二重化（ＴＤＤ）モードにおける多重用途サービスタイプを管理するための、時間同期化機構として利用することができる。

以上の説明は、本発明の単なる例示としての実施形態の説明であり、従って、本発明の趣旨から逸脱しない種々の変形例は、本願発明の範囲に含まれるものである。そのような変形例は、本願発明の趣旨と異なり、本願発明の範囲から外れるものとみなされない。

車両が個々に車両状態情報を送信する場合の送信パターンを説明する図である。 車両が集合的に車両状態情報を送信する場合の送信パターンを説明する図である。 実施形態の基本原理に従う、例示としての集合パケットを示す図である。 実施形態による協働指名マルチキャストアルゴリズムを示すフローチャートである。 実施形態による協働指名マルチキャストアルゴリズムを示すフローチャートである。 実施形態による協働指名マルチキャストアルゴリズムを示すフローチャートである。

Claims (29)

1. 車両間通信ネットワークにおいて複数の協働車両に情報を拡散するための方法であって、
   協働車両の１台から到来する車両通信メッセージを受信車両にて受信し、その到来する車両通信メッセージは協働車両の中から少なくとも２台の車両を識別するものであり、
   引き続く車両通信メッセージの同報通信のために、前記車両通信メッセージにおいて識別される１台の協働車両を指名し、
   前記受信車両から車両通信メッセージを送信し、その車両通信メッセージは、引き続く車両通信メッセージを同報通信するための指名された車両を識別するものであることを特徴とする車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
2. 前記到来する車両通信メッセージは、車両通信メッセージを同報通信するための次の車両として、前記受信車両を指名していることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
3. 前記到来する車両通信メッセージは、協働車両の中の１台の車両に関する車両状態情報を伝達するための基準セクションと、前記協働車両のその他の車両に関する車両状態情報を記憶するための差異セクションとを含み、前記差異セクションにおける車両状態情報は、前記基準セクションの車両状態情報との差分として定義されていることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
4. 前記１台の協働車両を指名するステップは、最も長時間にわたって、車両通信メッセージが受信されていない協働車両を選択することを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
5. 前記１台の協働車両を指名するステップは、指名された車両に対する予備車両として、前記到来する車両通信メッセージにおいて識別された少なくとも１台の他の車両を選択することを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
6. 前記受信車両から、前記車両通信メッセージを送信する際、その送信まで、所定の時間だけ遅延させることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
7. 前記所定の時間は、前記到来する車両通信メッセージが前記受信車両にて受信された時間と、その到来する車両通信メッセージが送信された時間との一方と相関関係を有することを特徴とする請求項６に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
8. 前記車両通信メッセージは、前記受信車両に対する車両状態情報と、実質的に類似する車両状態情報を、前記協働車両に与えるために送信されることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
9. 類似性は、前記受信車両に対して、前記協働車両が進行している方向に依存することを特徴とする請求項８に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
10. 前記車両情報メッセージは、前記受信車両と所定時間以内に通信したことがある協働車両に車両状態情報を与えるために送信されることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
11. 前記車両情報メッセージは、所定時間以内に車両状態情報が更新された協働車両に車両状態情報を与えるために送信されることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
12. さらに、無線通信ネットワークに指名通信メッセージを送信することを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
13. 車両通信メッセージの送信は、以下の式に従ってセットされた時間Ｔｎ’のカウントを指名タイマが満了したときに起こることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
    Ｔ_Ｎ’＝Ｔ_Ｎ＋ｐＴ_Ｂ
    ここで、Ｔ_Ｎは、指名されてから一次更新メッセージを送信するまでの遅延時間であり、Ｔ_Ｂは一次更新メッセージから第１予備メッセージ送信及びそれに続く各予備メッセージ送信までの遅延時間であり、ｐは、指定された予備の順番である。
14. 車両通信メッセージの送信は、更新タイマによるカウント満了時に起こるものであり、更新タイマは、受信車両が情報を受信することを欲する時間割合に相関する時間をカウントすることを特徴とする請求項１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
15. 車両間通信ネットワークにおいて複数の協働車両に情報を拡散するために用いられるデータ構造であって、
    選択された協働車両の車両状態情報を記憶する基準セクションと、
    前記選択された協働車両を除く他の協働車両の車両状態情報を記憶する差異セクションとを備え、
    選択された協働車両の車両状態情報は、前記他の協働車両の車両状態情報を報告するための基準として用いられ、当該他の協働車両の車両状態情報は、前記選択された協働車両の車両状態情報に対する差分の形態で表されることを特徴とするデータ構造。
16. 前記基準セクションは、選択された協働車両のＩＤを含むことを特徴とする請求項１５に記載のデータ構造。
17. 前記選択された協働車両は、車両間通信ネットワークにデータを同報通信する車両として指定されることを特徴とする請求項１５に記載のデータ構造。
18. 前記選択された協働車両は、前記差異セクションに記憶されるデータのサイズを最小にできることを基準として決定されることを特徴とする請求項１５に記載のデータ構造。
19. 前記差異セクションは、データ要素の順序付けられた配列として定義され、各々のデータ要素は、前記他の協働車両の１つの車両状態情報を含むことを特徴とする請求項１５に記載のデータ構造。
20. 順序付けられた配列の最初のデータ要素が、次の車両通信メッセージを同報通信するために、車両通信メッセージにおいて識別される１台の協働車両を指名することを特徴とする請求項１９に記載のデータ構造。
21. 車両間通信ネットワークにおいて複数の協働車両に情報を拡散するための方法であって、
    所定の協働車両において、更新タイマのカウントを維持し、その更新タイマは、協働車両が情報を受信することを欲する時間割合に相関する時間をカウントするものであり、
    前記更新タイマによるカウント満了時に、前記所定の協働車両から車両通信メッセージを送信し、
    他の協働車両から車両通信メッセージを受信したとき、前記所定の協働車両の前記更新タイマをリセットすることを特徴とする車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
22. さらに、次の車両通信メッセージを同報通信するために、１台の協働車両を指名し、前記所定の協働車両から送信されて車両通信メッセージにおいて、その指名された車両を識別することを特徴とする請求項２１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
23. 前記１台の協働車両を指名するステップは、最も長時間にわたって、車両通信メッセージが受信されていない協働車両を選択することを含むことを特徴とする請求項２２に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
24. 前記１台の協働車両を指名するステップは、指名された車両に対する予備車両として、少なくとも１台の他の協働車両を選択することを含むことを特徴とする請求項２２に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
25. 送信される車両通信メッセージは、協働車両の中の１台の車両に関する車両状態情報を伝達するための基準セクションと、前記協働車両のその他の車両に関する車両状態情報を記憶するための差異セクションとを含み、前記差異セクションにおける車両状態情報は、前記基準セクションの車両状態情報との差分として定義されていることを特徴とする請求項２１に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
26. 車両間通信ネットワークにおいて複数の協働車両に情報を拡散するための方法であって、
    協働車両の１台から到来する車両通信メッセージを受信車両にて受信し、その到来する車両通信メッセージは、次の車両通信メッセージを同報通信するための１台の協働車両を指名するとともに、予備送信車両としての受信車両を識別するものであり、
    前記受信車両が、指名された協働車両から次の車両通信メッセージを受信することが予期される時間よりも長い時間に指名タイマをセットし、
    前記指名タイマのカウント満了時に、前記受信車両から車両通信メッセージを送信することを特徴とする車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
27. さらに、次の車両通信メッセージを同報通信するための１台の協働車両を指名するとともに、その指名された車両を、前記受信車両から送信される車両通信メッセージにおいて識別することを特徴とする請求項２６に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
28. 送信される車両通信メッセージは、協働車両の中の１台の車両に関する車両状態情報を伝達するための基準セクションと、前記協働車両のその他の車両に関する車両状態情報を記憶するための差異セクションとを含み、前記差異セクションにおける車両状態情報は、前記基準セクションの車両状態情報との差分として定義されていることを特徴とする請求項２６に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
29. 指名タイマのカウント時間Ｔｎ’は以下の式に従ってセットされることを特徴とする請求項２６に記載の車両間通信ネットワークにおける情報拡散方法。
    Ｔ_Ｎ’＝Ｔ_Ｎ＋ｐＴ_Ｂ
    ここで、Ｔ_Ｎは、指名されてから一次更新メッセージを送信するまでの遅延時間であり、Ｔ_Ｂは一次更新メッセージから第１予備メッセージ送信及びそれに続く各予備メッセージ送信までの遅延時間であり、ｐは、指定された予備の順番である。

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