JP2007295031A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる無線通信システムを提供することを目的とする。
【解決手段】複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムであって、各グループでは、１つの移動体をビーコン局とし、残りの移動体をクライアント局とし、各グループのビーコン局は周囲に存在する他グループのビーコン局から送信される制御フレームを受信して自グループの同期合わせを行い、自グループの各クライアント局に制御フレームを送信して各クライアント局の情報フレームの送信タイミングを設定する無線通信システムにおいて、制御フレームの送信エリアに対し前記情報フレームの送信エリアを小さくした。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信システムに関し、複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムに関する。

近年、自動運転車両を車車間通信により電子的に連結することで隊列を組み、旅客需要変動に柔軟かつ迅速に対応する道路交通システムが開発されている。

特許文献１，２には、グループ内の１つの車両をビーコン局に割り当て、残りの車両をクライアント局に割り当てるようにし、上記ビーコン局は周囲の他グループの通信タイミングと同期をとって自グループのクライアント局の通信タイミングを制御する無線通信システムが記載されている。

また、特許文献３には、車両の移動体通信端末で無線基地局から無線電波を受信できない位置情報を取得してサーバに送信し、サーバは位置情報に基づいて不感地帯を認定して表示する不感地帯測定システムが記載されている。
特開２００１−１１８１９１号公報 特開２００４−３４３２９８号公報 特開２００５−２１０５３０号公報

従来の無線通信システムにおいて、図１はグループ１，２が存在する状態を示す。グループ１はビーコン局Ｂ１と、破線の円で示す無線通信範囲内に存在するクライアント局Ｓ１−１，Ｓ１−２で構成され、グループ２はビーコン局Ｂ２と、破線の円で示す無線通信エリア内に存在するクライアント局Ｓ２−１，Ｓ２−２で構成される。

この場合、グループ１，２は十分に離れているため、グループ１のクライアント局Ｓ１−１，Ｓ１−２がグループ２のビーコン局Ｂ２の送信するビーコンフレームを受信することはない。このため、グループ１，２それぞれのネットワークは互いに同期をとることができず、ネットワーク間でビーコン局の送信するビーコンフレーム，データフレーム及びクライアント局の送信するデータフレームは非同期に送信される。

図２はグループ１，２間にグループ３が入った状態を示す。グループ２，３のビーコン局Ｂ２，Ｂ３は互いの無線通信範囲内にあるため、グループ２，３のネットワークは同期が確立し、図３に送信タイミングを示すように、グループ１，２のビーコンフレームＢ及びデータフレームＤの衝突が発生することはない。

しかし、グループ１，３のビーコン局Ｂ１，Ｂ３は互いの無線通信範囲外であるため、グループ１，３のネットワークは非同期である。この場合、グループ３のクライアント局Ｓ３−２はビーコン局Ｂ１，Ｂ３の無線通信範囲内にあるため、クライアント局Ｓ３−２位置において、図３に送信タイミングを示すように、グループ３のクライアント局Ｓ３−１が送信するデータフレームＤとグループ１のビーコン局Ｂ１が送信するデータフレームＤの衝突が発生する場合がある。この場合、クライアント局Ｓ３−２ではフレームを正常に受信することができない。グループ１，３は非同期にフレームを送信しているが、各グループは同一周期でフレームを送信するため、上記データフレームの衝突は各周期で毎回発生し、クライアント局Ｓ３−２は通信途絶状態になるという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムであって、各グループでは、１つの移動体をビーコン局とし、残りの移動体をクライアント局とし、各グループのビーコン局は周囲に存在する他グループのビーコン局から送信される制御フレームを受信して自グループの同期合わせを行い、自グループの各クライアント局に制御フレームを送信して前記各クライアント局の情報フレームの送信タイミングを設定する無線通信システムにおいて、
前記制御フレームの送信エリアに対し前記情報フレームの送信エリアを小さくしたことにより、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる。

前記無線通信システムにおいて、
前記制御フレームの送信電力に対し前記情報フレームの送信電力を小さくしたことができる。

前記無線通信システムにおいて、
前記制御フレームを高出力通信手段で送信し前記情報フレームを低出力通信手段で送信することができる。

本発明によれば、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜無線通信装置の第１実施形態＞
図４は、本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置の第１実施形態の構成図を示す。無線通信装置はビーコン局とクライアント局で同一構成である。同図中、無線通信装置１０は、アンテナ１１、無線通信部１２、制御部１３、メモリ１４及び車両インターフェイス１５を備えている。

無線通信部１２は、制御部１３の制御下で所定の通信手順によりアンテナ１１を用いて制御フレームであるビーコンフレーム及び情報フレームであるデータフレームの送受信を行う。無線通信部１２は電力制御部１２ａを備えており、電力制御部１２ａは制御部１３の制御によってビーコンフレームの送信電力をデータフレームの送信電力より大きく例えば略２倍とする。

制御部１３は、ＣＰＵ１３ａ、プログラム格納用のＲＯＭ１３ｂ、作業領域となるＲＡＭ１３ｃ、内部時計１３ｄ及び図示しない周辺回路から構成されるマイクロコンピュータで構成されており、装置全体の制御、グループＩＤの比較、優先度の判定、内部時計１３ｄの修正、他のグループとの時刻同期等の処理を実行する。ＲＯＭ１３ｂには上記の制御プログラムや通信プロトコルが格納されている。

メモリ１４は、無線通信部１２を介して受信したビーコンフレーム及びデータフレームを記憶し、また、車両インターフェイス１５を介して取得した車両データ（車速、進行方向の方位、現在位置等）を記憶する。

車両インターフェイス１５は、車両に設けられたセンサで検出された車速、進行方向の方位、現在位置等をデジタルの車両データに変換してメモリ１４に送り、また、メモリ１４から読み出したデータフレーム内のデータをアナログ信号に変換して車両側に送る。

＜車車間通信＞
各グループ内の車両による車車間通信について説明する。各グループは図５に示すようにビーコンフレームを用いて通信チャネルを取得する。各グループの無線通信装置は自装置のグループＩＤを持つビーコンフレームを受信した後、各無線通信装置に割り当てられたデータスロット期間にデータフレームを送信する。

ビーコンフレーム及びデータフレームは、図６に示すようにヘッダ部とデータ部よりなる。ヘッダ部にはビーコンフレームかデータフレームかを示すフレームタイプ、送信時のビーコンスロット、宛先アドレス、送信元アドレス、フレームシーケンス番号、再送時のシーケンス番号、サブグループＩＤ、フレームデータ長、フレームチェックコード等が設けられている。

データ部には、情報フレームであるデータフレームの場合は、車速、進行方向の方位、現在位置等の車両データが設定される。制御フレームであるビーコンフレームの場合は、時刻（ビーコン局の内部時計の時刻）、ビーコン送信間隔、自グループが通信可能な期間、ビーコン局のグループＩＤ、ビーコン局のサブグループＩＤ、その他の各種制御データが設定される。

グループ内でどの無線通信装置がビーコン局になるかは、その無線通信装置のサブグループＩＤの優先度により決定される。グループ内の無線通信装置は、自グループのビーコンフレームを受信すると、ビーコンフレームの時刻を自装置の内部時計にセットして時刻を合わせる。これにより、グループに属する無線通信装置の時刻同期をとり、更には次のビーコンフレームの受信時刻を予測できる。

各グループのビーコン局の無線通信装置は、受信したビーコンフレームのグループＩＤと自装置のグループＩＤを比較し、受信ビーコンフレームのグループＩＤの優先度が高い場合は受信ビーコンフレームの時刻を自装置の内部時計にセットして時刻を合わせ、低い場合は次にビーコンフレームを送出する予定時刻を計算する。次に、受信ビーコンフレームの時刻とグループＩＤから自装置のグループの通信割り当て時刻を計算し、計算した値から各グループのビーコン局は次にビーコンフレームを送出する予定時刻を計算する。これによって、各グループの時刻同期が行われ、各グループの通信時間割り当てが重なることが防止される。

本実施形態では電力制御部１２ａはビーコンフレームの送信電力をデータフレームの送信電力の略４倍としている。図７に示すように、グループ１，２間にグループ３が入った状態で、ビーコン局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３それぞれのビーコンフレームの送信エリアは２点差線で表わされ、データフレームの送信エリアは破線で表わされ、データフレーム到達距離はビーコンフレーム到達距離の略１／２となる。

ビーコンフレームは広い範囲に送信されるので、グループ３のビーコン局Ｂ３の送信するビーコンフレームがグループ１，２のビーコン局Ｂ１，Ｂ２で受信されるため、ビーコン局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は互いに同期をとることができ、グループ１，２，３のクライアント局Ｓ１−１，Ｓ１−２，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３−１，Ｓ３−２それぞれのデータフレームの送信タイミングが重なることはない。データフレームは狭い範囲に送信されるので、他のグループのクライアント局に届き難くなり、データフレームの衝突を回避することができる。

また、図２に示すように、破線円がビーコンフレームの送信エリアを表わす場合には、本実施形態ではデータフレームの送信エリアは上記破線円の１／２の半径となり、データフレームは狭い範囲に送信されるので、グループ１のビーコン局Ｂ１が送信するデータフレームはグループ３のクライアント局Ｓ３−２まで到達することはなく、従来のようなデータフレームの衝突は発生しない。

＜無線通信装置の第２実施形態＞
図８は、本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置の第２実施形態の構成図を示す。無線通信装置はビーコン局とクライアント局で同一構成である。同図中、無線通信装置１０は、アンテナ１１Ａ，１１Ｂ、無線通信部１２Ａ，１２Ｂ、制御部１３、メモリ１４及び車両インターフェイス１５を備えている。

無線通信部１２Ａは、制御部１３の制御下で所定の通信手順によりアンテナ１１Ａを用いてビーコンフレームの送受信を行い、無線通信部１２Ｂは、制御部１３の制御下で所定の通信手順によりアンテナ１１Ｂを用いてデータフレームの送受信を行う。無線通信部１２Ａの送信電力は無線通信部１２Ｂの送信電力の略２倍とされ、無線通信部１２Ａ，１２Ｂの受信感度は同一である。

制御部１３は、ＣＰＵ１３ａ、プログラム格納用のＲＯＭ１３ｂ、作業領域となるＲＡＭ１３ｃ、内部時計１３ｄ及び図示しない周辺回路から構成されるマイクロコンピュータで構成されており、装置全体の制御、グループＩＤの比較、優先度の判定、内部時計１３ｄの修正、他のグループとの時刻同期等の処理を実行する。ＲＯＭ１３ｂには上記の制御プログラムや通信プロトコルが格納されている。

メモリ１４は、無線通信部１２Ａ，１２Ｂを介して受信したビーコンフレーム及びデータフレームを記憶し、また、車両インターフェイス１５を介して取得した車両データ（車速、進行方向の方位、現在位置等）を記憶する。

車両インターフェイス１５は、車両に設けられたセンサで検出された車速、進行方向の方位、現在位置等をデジタルの車両データに変換してメモリ１４に送り、また、メモリ１４から読み出したデータフレーム内のデータをアナログ信号に変換して車両側に送る。

本実施形態では無線通信部１２Ａのビーコンフレームの送信電力を無線通信部１２Ｂのデータフレームの送信電力の略４倍としている。図７に示すように、グループ１，２間にグループ３が入った状態で、ビーコン局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３それぞれのビーコンフレームの送信エリアは２点差線で表わされ、データフレームの送信エリアは破線で表わされ、データフレーム到達距離はビーコンフレーム到達距離の略１／２となる。

ビーコンフレームは広い範囲に送信されるので、グループ３のビーコン局Ｂ３の送信するビーコンフレームがグループ１，２のビーコン局Ｂ１，Ｂ２で受信されるため、ビーコン局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は互いに同期をとることができ、グループ１，２，３のクライアント局Ｓ１−１，Ｓ１−２，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３−１，Ｓ３−２それぞれのデータフレームの送信タイミングが重なることはない。データフレームは狭い範囲に送信されるので、他のグループのクライアント局に届き難くなり、データフレームの衝突を回避することができる。

また、図２に示すように、破線円がビーコンフレームの送信エリアを表わす場合には、本実施形態ではデータフレームの送信エリアは上記破線円の１／２の半径となり、データフレームは狭い範囲に送信されるので、グループ１のビーコン局Ｂ１が送信するデータフレームはグループ３のクライアント局Ｓ３−２まで到達することはなく、従来のようなデータフレームの衝突は発生しない。

＜無線通信装置の第３実施形態＞
図９は、本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置の第３実施形態の構成図を示す。無線通信装置はビーコン局とクライアント局で同一構成である。同図中、無線通信装置１０は、アンテナ１１、無線通信部１２、制御部１３、メモリ１４、車両インターフェイス１５及び光通信部１６を備えている。

無線通信部１２は、制御部１３の制御下で所定の通信手順によりアンテナ１１を用いてビーコンフレームの送受信を行い、光通信部１６は、制御部１３の制御下で所定の通信手順によりデータフレームを光信号で送受信する。

光通信部１６の光送信部１６ａは、図１０（Ａ）に示すように、メモリ１４から供給されるデータフレームによって変調（例えばＦＳＫ変調）を行う変調部２１と、変調部２１の出力する被変調信号を増幅する送信ＲＦ回路２２と、送信ＲＦ回路２２出力を光信号に変換する発光ダイオード２３から構成されている。

また、光通信部１６の光受信部１６ｂは、図１０（Ｂ）に示すように、光信号を受光して電気信号に変換するフォトダイオード２４と、フォトダイオード２４の出力信号を増幅する受信ＲＦ回路２５と、受信ＲＦ回路２５の出力信号の復調（例えばＦＳＫ復調）を行ってメモリ１４に供給する復調部２６から構成されている。

光通信部１６が行う光通信の到達距離は無線通信部１２の到達距離の例えば１／２に設定され、更に強い指向性を持ったものとなる。

制御部１３は、ＣＰＵ１３ａ、プログラム格納用のＲＯＭ１３ｂ、作業領域となるＲＡＭ１３ｃ、内部時計１３ｄ及び図示しない周辺回路から構成されるマイクロコンピュータで構成されており、装置全体の制御、グループＩＤの比較、優先度の判定、内部時計１３ｄの修正、他のグループとの時刻同期等の処理を実行する。ＲＯＭ１３ｂには上記の制御プログラムや通信プロトコルが格納されている。

メモリ１４は、無線通信部１２Ａ，１２Ｂを介して受信したビーコンフレーム及びデータフレームを記憶し、また、車両インターフェイス１５を介して取得した車両データ（車速、進行方向の方位、現在位置等）を記憶する。

車両インターフェイス１５は、車両に設けられたセンサで検出された車速、進行方向の方位、現在位置等をデジタルの車両データに変換してメモリ１４に送り、また、メモリ１４から読み出したデータフレーム内のデータをアナログ信号に変換して車両側に送る。

本実施形態では無線通信部１２のビーコンフレーム到達距離に対し、光通信部１６のデータフレーム到達距離が略１／２となるように設定している。図７に示すように、グループ１，２間にグループ３が入った状態で、ビーコン局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３それぞれのビーコンフレームの送信エリアは２点差線で表わされ、データフレームの送信エリアは破線の内側で更に指向性を持ったものとなり、データフレーム到達距離は最大でもビーコンフレーム到達距離の略１／２となる。

ビーコンフレームは広い範囲に送信されるので、グループ３のビーコン局Ｂ３の送信するビーコンフレームがグループ１，２のビーコン局Ｂ１，Ｂ２で受信されるため、ビーコン局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は互いに同期をとることができ、グループ１，２，３のクライアント局Ｓ１−１，Ｓ１−２，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３−１，Ｓ３−２それぞれのデータフレームの送信タイミングが重なることはない。データフレームは狭い範囲に送信されるので、他のグループのクライアント局に届き難くなり、データフレームの衝突を回避することができる。

また、図２に示すように、破線円がビーコンフレームの送信エリアを表わす場合には、本実施形態ではデータフレームの送信エリアは上記破線円の１／２の半径の内側で更に指向性を持ったものとなり、データフレームは狭い範囲に送信されるので、グループ１のビーコン局Ｂ１が送信するデータフレームはグループ３のクライアント局Ｓ３−２まで到達することはなく、従来のようなデータフレームの衝突は発生しない。

なお、無線通信部１２Ａが請求項記載の高出力通信手段に相当し、無線通信部１２Ｂが低出力通信手に相当する。

従来の無線通信システムを説明するための図である。 従来の無線通信システムを説明するための図である。 従来の無線通信システムの送信タイミングを示す図である。 本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置の第１実施形態の構成図である。 ビーコンフレームとデータフレームの通信タイミングを示す図である。 フレームフォーマットを示す図である。 本発明の無線通信システムを説明するための図である。 本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置の第２実施形態の構成図である。 本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置の第３実施形態の構成図である。 光通信部のブロック図である。

符号の説明

１０ 無線通信装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ アンテナ
１２，１２Ａ，１２Ｂ 無線通信部
１２ａ 電力制御部
１３ 制御部
１４ メモリ
１５ 車両インターフェイス
１６ 光通信部

Claims (3)

1. 複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムであって、各グループでは、１つの移動体をビーコン局とし、残りの移動体をクライアント局とし、各グループのビーコン局は周囲に存在する他グループのビーコン局から送信される制御フレームを受信して自グループの同期合わせを行い、自グループの各クライアント局に制御フレームを送信して前記各クライアント局の情報フレームの送信タイミングを設定する無線通信システムにおいて、
   前記制御フレームの送信エリアに対し前記情報フレームの送信エリアを小さくしたことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   前記制御フレームの送信電力に対し前記情報フレームの送信電力を小さくしたことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   前記制御フレームを高出力通信手段で送信し前記情報フレームを低出力通信手段で送信することを特徴とする無線通信システム。

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