JP2009088633A - 通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】WiMAXをITSに適用した車車間通信方法において、限られたリソースであるスロットを有効に活用する方法を提供する。
【解決手段】制御局（１１）が車載移動端末（１２)に対して車車間通信のためのスロットの位置を割り当てる通信制御方法において、異なる送信間隔で使用可能な複数種類のスロットのうち、記車載移動端末の移動速度に応じたスロットを制御局が前記移動端末に割り当てるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)をITS(Intelligent Transportation System)に適用した車車間通信方法に適用するのに適し、制御局によるタイムスロット割当て方法に関する。

ITS(Intelligent Transportation System)等において、各車両の状態情報等をブロードキャストする車車間通信方法には、制御局が存在する環境において、各車両の送信スロットを割り当てる制御型車車間通信方法と制御局が介入しない自律型車車間通信方法とがある。制御型車車間通信環境においては、各車両が送出するデータを送信するための送信スロットの割当を制御局が行い、各車両は指定されたスロットを用いてデータ送信を行う。

従来はWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)をITS(Intelligent Transportation System)に適用した車車間通信方法は知られていなかった。また、従来の車車間通信方法によれば、車両の走行速度に無関係に全車両に対して同じ長さの高速度に合わせたタイムスロットを割り当てていた。このため、遅い速度で走行する車両にとってはタイムスロットの長さが長すぎて無駄にデータを送信することになっていた。
特許文献１はWiMAXシステムを開示している。

未公開国際特許出願(JP07055732)はWiMAXを利用したOFDMA方式を中心に路車間および車車間通信における無線リソース割当方法を開示している。また、TDMAの場合は、車車間リソースを時間軸方向に多重することを開示している。
未公開先願の特願２００７−０５３２２０は中継網において、自車両の速度／加速度の状況から閾値を可変して、パラメータ（転送遅延、ＱｏＳ等）に応じたフレーム多重を行う方法を開示している。
特許文献１は情報トラフィック量が規定値を超過すると、他のエリアに配分されたタイムスロットをそのエリアに与えてオーバーフローを回避することを開示している。
特許文献２はあるゾーンにおけるスーパーフレームの中のスロット割当方式で、「先入れ・先第し」方式で優先的に割り当てる方式を開示している。

特開平１１−３０６４９０号公報 特開２００２−１５９０４９号公報

本発明の目的は、限られたリソースであるスロットを有効に活用する方法を提供することにある。
更には、WiMAXをITSに適用した車車間通信方法を採用する場合に、限られたリソースであるスロットを有効に活用することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様により提供されるものは、制御局が車載移動端末に対して車車間通信のためのスロットの位置を割り当てる通信制御方法において、異なる送信間隔で使用可能な複数種類のスロットのうち、車載移動端末の移動速度に応じたスロットを制御局が車載移動端末に割り当てることを特徴とする通信制御方法である。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、制御局と車載移動端末との間の通信用の信号を構成するスーパーフレーム内の各スロットにそれぞれ送信間隔を対応付けることにより、スーパーフレーム内の同一スロット位置を複数の車載移動端末で共用する。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様において、制御局と車載移動端末との間の通信用の信号を構成するスーパーフレーム内の各スロットに対応付けた送信間隔を必要に応じて変更可能とする。

本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、制御局と車載移動端末との間の通信用の信号を構成するスーパーフレーム内の各スロットの管理テーブルのエントリがあふれた場合で、追加のスロット確保が不可能な場合には、より短い送信間隔のスロット位置でのエントリの空きを検索し、エントリの空きがあれば該空きエントリに車両IDを登録する。

本発明の第５の態様によれば、第４の態様において、より短い送信間隔のスロット位置にエントリの空きが無い場合には、より長い送信間隔のスロット位置でのエントリの空きを検索し、エントリの空きがあれば該空きエントリに車両IDを登録する。

本発明によれば、制御局が指示するスロットの間隔を車両の移動速度に応じて変化させるようにしたので、トラフィックの集中によりスロット数が不足する場合には、送信間隔が最大のスロットにおける送信間隔を伸ばすことにより過剰トラフィックに柔軟に対応することが可能になる。

この実施例では、各車両からの移動速度に関する情報を制御局が受け取ることにより、制御局にて必要なスロット間隔割当を行い、各車両に送信スロットの指示を行うことによりスロットの有効活用を図る。このスロット間隔の管理を効率よく行うために、スーパーフレーム内の各スロットにそれぞれ送信間隔を対応付けることとし、所要トラフィックに応じ、スロット毎の送信間隔は変更できることとする。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、通信制御方法の概要を示す図である。図１において、１１は制御局、１２は車両である。各車両１２は、制御局１１による制御の及ぶエリアに参入した際に、制御局１１との間でプリアンブル（１）の遣り取り（プリアンブルの受信に応じてイニシャルレンジング処理等の処理）を含むネットワークエントリ手順により、その車両の移動速度を含む情報を制御局１１に通知して、リンク確立を行う（２）。制御局１１はタイムスロットを集中管理（タイムスロットの使用状況を記憶部に記憶）している。図示例ではタイムスロット１、２、３、…のうちタイムスロット２が塞がっておりその他のタイムスロットは空き状態である。リンク確立後、制御局１１は車輌１２に対して空き状態のタイムスロットを車車用タイムスロットとして割り当て（３）、車輌１２が制御エリアを離れると、制御局１１と車輌１２との間のリンクを切断し（４）、車車用タイムスロットを解放する。

図２は本発明の実施例１による１つの車輌の移動速度と送信間隔との関係を示すグラフ図である。図２において、移動速度が２０km/h以下の場合には送信間隔が２秒のタイムスロットを割り当て、移動速度が４０km/h以下の場合には送信間隔が１．５秒のタイムスロットを割り当て、移動速度が６０km/h以下の場合には送信間隔が１秒のタイムスロットを割り当てている。このように、移動速度が大きいほど送信間隔を短くし、移動速度が小さいほど送信間隔を長くすることにより、タイムスロットを有効に活用することができる。車両の移動速度の範囲があらかじめ決めてある境界を越える場合に車両１２から制御局１１に車両の移動速度の変更通知を行う。これによれば、移動速度が速く通信相手（車車間の間隔等の状況）の変化が激しい場合には、頻度多角送信機会が巡り、移動速度が遅く通信相手（車車間の間隔等の状況）の変化が緩やかな場合には、頻度低く送信機会が巡るようにするので、必要に応じた送信期間を提供することができる。

図３は本発明の実施例１に適用されるWiMAX仕様ベースのITSネットワークにおける信号のフレーム構成例を示す図である。ここでは、車車間通信データの最短送信間隔を100ｍsecとする想定で、１フレーム(5msec)には15タイムスロットを含み、1スーパーフレーム(100msec)を20フレームにて構成することにより、１スーパーフレームには300タイムスロットを含むこととなる。ここで、最長送信間隔と等しくなる複数スーパーフレーム（ここでは20スーパーフレーム）内のタイムスロットを対象として、その割当管理を行う。

車車間通信での最小送出間隔がスーパーフレームの長さとなるように構成する。すなわち、最小送出間隔では送信間隔が100msecで最大エントリ数を１とする。
例えば、フレーム２０のTS１を、送信間隔100msecの送信端末用とする。すると、端末は、毎スーパーフレーム毎に１回訪れるフレーム２０のＴＳ１を使用して通信することとなるため、２０スーパーフレーム中のフレーム２０のすべてのＴＳ１を割り当てることができる最大端末数は１つとなる。言い換えれば、２０スーパーフレームのすべてのフレーム２０の一部またはすべてのＴＳ１は同一の端末に割り当てられる。

また、例えば、フレーム１のTS１は、送信間隔2000msecの送信端末用とする。すると、端末は、２０スーパーフレーム中に１回だけフレーム１のＴＳ１を使用して通信することとなるため、２０スーパーフレーム中に含まれる残りの１９個のフレーム１のＴＳ１を他の端末に割り当てることができ、２０スーパーフレーム中のすべてのフレーム１のＴＳ１は、最大２０個の別々の端末に割り当て可能になる。

このように、スーパーフレーム内の各スロットに、それぞれ送信間隔を対応付ける（すなわち、第ｋタイムスロットに、送信間隔Ｔｋを対応付ける（Ｔｋは、複数種類の送信間隔群のいずれか１の送信間隔））ことにより、スロット割当制御の効率化が図られる。

図４Ａは本発明の実施例１による通信制御におけるタイムスロット割当制御方法に用いられるタイムスロットテーブルを示す図、図４Ｂはタイムスロットテーブル４１の状態を示す管理テーブルを示す図、図４Ｃは管理テーブル４２への登録を説明するフローチャート、図４Ｄは送信スロット指示処理を説明する図、図５は図４Ａに示したタイムスロットテーブル４１の構成を拡大して説明する図である。

図４Ａ及び図５において、タイムスロットテーブル４１は、各行がフレーム１のTS1〜TS15, フレーム２のTS1〜TS15, …フレーム２０のTS1〜TS15の２０フレームからなる１スーパーフレームの３００タイムスロットで構成されており、各列は２０タイムスロットで構成されて２０スーパーフレームを含むマトリックスである。タイムスロットテーブルの最大エントリ数は３００×２０＝６０００である。１フレームは同期確立用のプリアンブルと制御情報MAPと路車下り用バーストとタイムスロットTS1〜TS15と路車上り用バーストとからなっている。

一般的には、割当管理対象とするスロット数は以下のパラメータで表現できる。
i: 1フレーム内のスロット数(例：15)、
j: 1スーパーフレーム内のフレーム数(例：20)、
k: スーパーフレーム長に対する車車間通信データの最大送信間隔の比率(例：20)
とした場合、タイムスロットテーブルの横軸方向のサイズはixj、縦軸方向のサイズはkとなる。

タイムスロットTS1の列方向の全エントリに車両IDが格納される。タイムスロットTS1による送信間隔は2000ms、即ち2秒である。

タイムスロットTS2の列方向のエントリ1〜19に車両IDが格納される。タイムスロットTS2による送信間隔は1900msである。

タイムスロットTS15では列方向のエントリ1にのみ車両IDが格納される。タイムスロットTS15による送信間隔は100msである。

このように、各タイムスロットにそれぞれ送信間隔を対応付け、該当送信間隔での送信端末を管理する。

図４Ｃのフローチャートにより管理テーブル４２へのエントリの登録動作を説明する。
WiMAX仕様ベースでITS専用網を構成する制御局１１の制御の範囲内に被制御車両１２が移動してきた場合、ネットワークエントリ手順により、その移動速度を含む情報を制御局１１に通知し、ステップＳ４１にて制御局１は車両１２からの移動速度変更通知を受信する。また、ステップＳ４１ではあらかじめ決めてある車両の移動速度範囲の境界を越える場合に通知が行われる。

制御局１１では、ステップＳ４２にて、通知された車両に対応する既存エントリの有無を確認する。すなわち、タイムスロットテーブル４１内に通知された車両に対応する既存エントリがあるかを確認する。

ステップＳ４２で既存エントリがあると判定された場合は、重複登録を避けるためにステップＳ４３にてその既存エントリを削除する。すなわち、タイムスロットテーブル４１から当該エントリを削除し、管理テーブル４２から現状エントリ数を１だけ減算する。

ステップＳ４２の判定でノーの場合及びステップＳ４３の後に、ステップＳ４４にて新規エントリの登録を行う。すなわち、現状エントリ数＋１が最大エントリ数以下であれば、タイムスロットテーブル４１の空きエントリに当該エントリを追加し、管理テーブル４２のそのエントリに対応する現状エントリ数を＋１だけインクリメントする。このようにして、車両移動速度とあらかじめ対応付けられているタイムスロット割当て間隔の対応関係に基づき、管理テーブル４２の該当するタイムスロットに登録を行う（車両のＩＤとタイムスロットTSとを対応付ける）。フレーム毎にMAP情報を構成し送信するタイムスロット割当て処理においては、該当するタイムスロット割当て管理テーブル４２の情報に基づき、該当する車両毎にMAP情報を送信する。

上記管理テーブル４２を使用する制御方式において、制御局１１と車載移動端末１２との機能分担として、自車両の移動速度の範囲についての管理は車載移動端末１２にて行い、自車両の移動速度があらかじめ決めてある範囲の境界を越える場合には、車載移動端末１２から制御局１１への通知を行うことにより、制御局１１側にて各車載移動端末１２がデータ送出するためのスロットの割当管理/制御を行う。

ステップＳ４１からＳ４４の動作をまとめると、車載移動端末１２は自車両の移動速度が変化し、それまでの車両移動速度範囲から別の車両移動速度範囲に移行した場合に、移動速度変更通知を制御局１１に送る。制御局１１は制御対象エリア内の車両からの移動速度変更通知を受け（ステップＳ４１）、管理対象として登録する場合の処理としては、先ず、タイムスロットテーブルに同一車両で既に登録されているか否かのチェックを行い（ステップＳ４２）、該当のある場合には、旧エントリを削除し（ステップＳ４３）、新エントリを追加する（ステップＳ４４）。新エントリの追加時には、該当するデータ送信間隔のタイムスロットテーブルのエントリに追加可能であるかをチェックすることを目的として、対応する管理テーブルの最大エントリ数と現状エントリ数の比較を行い、追加可能の場合にタイムスロットテーブル４１に車両識別情報a,b,c,d,…を追記すると共に、管理テーブルの現状エントリ数を１増加させる（ステップＳ４４）。なお、該当データ送信間隔に対応するタイムスロットテーブルの空きが無い場合には、最大エントリ数0のタイムスロットを検索し、該当データ送信間隔用のタイムスロットとするため、最大エントリ数の登録および現状エントリ数の更新を行う（ステップＳ４４）。また、該当データ送信間隔用の空きタイムスロットがなく、新たなスロット位置の確保もできない場合には、該当データ送信間隔に対応する送信間隔より短い送信間隔用のタイムスロットテーブルの空きを探索し、空きがあれば、登録する。空きがない場合には、該当データ送信間隔に対応する送信間隔より長い送信間隔用のタイムスロットテーブルの空きを探索し、空きがあれば、登録する。

図４Ｄのフローチャートにより送信スロット指示する場合の処理を説明する。送信スロット指示する場合の処理としては、ステップＳ４５にて、管理テーブルの次回送出位置ポインタの示す位置のタイムスロットテーブルのエントリ情報に基づき、MAP情報にて当該車両への送信指示を行う。そしてステップＳ４６にて、次回送出位置ポインタ値を１増加させ、最大エントリ数より大となる場合には、次回送出位置ポインタ値を１とする。送信スロットを指示する処理は、WiMAX仕様フレームのMAP情報を作成する毎に当該フレーム内のスロットに関して処理を行う。

送信スロットの解放は、制御局１１が制御対象エリア内に車載移動端末１２は存在しないと判断することにより行う。エントリ数の１削減により、エントリ数が0となった場合には、最大エントリ数も0とする。最大エントリ数が0であることは、未使用スロットであることを意味し、新たなエントリの追加のために必要となった場合に、最大エントリ数の登録、および、現状エントリ数の更新により使用中スロットであることが管理できるようにする。

次に、本発明の実施例１によるタイムスロットテーブルの構成について、第５図を用いて説明する。第５図ではWiMAX仕様ベースのフレーム構成とタイムスロットテーブル４１のエントリとの対応関係を示している。車車間通信送信フレームの最短送信間隔を100msec、最長送信間隔を2000msecとする場合、フレーム長5msecである場合には20フレームで１スーパーフレームを構成することとする。このスーパーフレームには300スロットを含むものとしている。また、最長送信間隔と等しくなる複数スーパーフレーム（ここでは20スーパーフレーム）内のタイムスロットを対象として、まとめて割当管理を行う。スーパーフレーム内の各スロット位置では一種類の送信間隔のデータ送信に使用することとする。例えば、あるスロット位置では2000msec間隔のデータ送信のみのために割当てることにより、20車両分のスロットを割当てることができる。同様に、1900ms間隔では19車両分、1800msec間隔では18車両というように100msec間隔では1車両分のみ割当て管理することができる。このような制御を行う上で、各スロットに対応づけられた車両識別情報を格納するためのテーブルとして、タイムスロットテーブルを使用する。

図６は本発明の実施例２による管理テーブルへのエントリの登録動作を説明するフローチャートである。図６において、ステップＳ６１〜Ｓ６３は図４のステップＳ４１〜Ｓ４３と同じであり、ステップＳ６６は図４のステップＳ４４と同じである。図６においては、スーパーフレーム内の各スロットの管理テーブル４２のエントリがあふれた場合で、追加のスロット確保が不可能な場合には、より短い送信間隔のスロット位置でのエントリ（車両ID)の空きを検索し、空きがあればその空きのタイムスロットに車両IDを登録する。すなわち、ステップＳ６４にて、新規エントリ追加の可否を判断する。より詳細には、該当タイムスロットテーブルにエントリの追加が可能かを判断する。エントリの追加が可能であれば、ステップＳ６６にて図４のステップＳ４４と同じ動作を行う。ステップＳ６４の判断でＮｏの場合はステップＳ６５に進み、本来の送信間隔がより短い送信間隔のタイムスロットテーブルの現状エントリ数＋１が最大エントリ数以下であれば、タイムスロットテーブルの空きエントリに当該エントリを追加し、管理テーブル４２の現状エントリ数を１にする。例えば、図４Ｂに示した管理テーブル４２のTS１のエントリは列方向に２０個あるが、この２０個が一杯になった状態で次の車両IDを入力しようとしても入力出来ないときは、本実施例２によりTS1の2000秒の送信間隔より短い送信間隔、例えば、1900秒のTS2のタイムスロットにおける空きを探し、空きがあればそのタイムスロットに車両IDを登録し、管理テーブル４２内の現状エントリ数に１を加算する。本来の送信間隔より短い送信間隔になるのでリソースの有効利用に反するが、車両IDを登録できなくなるよりはよい。

図７は本発明の実施例３による管理テーブルへのエントリの登録動作を説明するフローチャートである。図７において、ステップＳ７１〜Ｓ７３は図４のステップＳ４１〜Ｓ４３と同じであり、ステップＳ７８は図４のステップＳ４４と同じであり、ステップＳ７６は図６のステップＳ６５と同じである。図７においては、ステップＳ７５にて本来の送信間隔より短い送信間隔のタイムスロットテーブルにエントリの追加が可能かを判断する。追加が可能であればステップＳ７６にて図６のステップＳ６５と同じように本来の送信間隔より短い送信間隔のタイムスロットテーブルの空きエントリに当該エントリを追加し、管理テーブル４２の現状エントリ数に１を加算する。

ステップＳ７５の判断でNoであればステップＳ７７に進み、本来の送信間隔より長い送信間隔のタイムスロットテーブルの現状エントリ数＋１が最大エントリ数以下であれば、タイムスロットテーブルの空きエントリに当該エントリを追加し、管理テーブルの現状エントリ数に１を加算する。

例えば、タイムスロットTS2の最大エントリ数は１９であり、この全エントリにすでに車両IDが登録済みの状態でこのタイムスロットTS2に新たに車両を登録しようとすると、ステップＳ７４の判定でノーとなる。タイムスロットTS3〜TS15の全てに空きが無い場合は、ステップＳ７５の判定もノーとなる。この場合、ステップＳ７７にて本来の送信間隔である1900秒より長い2000秒の送信間隔のタイムスロットTS１の空きエントリに車両IDを登録する。

本発明により、WiMAXをITSに適用した車車間通信方法において、制御局が指示するスロットの間隔を車両の移動速度に応じて変化させるようにしたので、トラフィックの集中によりスロット数が不足する場合には、送信間隔が最大のスロットにおける送信間隔を本来の間隔より伸ばすことにより一時的な過剰トラフィックに柔軟に対応することが可能になる。

通信制御方法の概要を示す図である。 本発明の実施例１による１つの車輌の移動速度と送信間隔との関係を示すグラフ図である。 本発明の実施例１に適用されるWiMAX仕様ベースのITSネットワークにおける信号のフレーム構成例を示す図である。 本発明の実施例１による通信制御におけるタイムスロット割当制御方法に用いられるタイムスロットテーブルを示す図である。 タイムスロットテーブル４１の状態を示す管理テーブルを示す図である。 管理テーブル４２への登録を説明するフローチャートである。 送信スロット指示処理を説明する図である。 図４Ａに示したタイムスロットテーブル４１の構成を拡大して説明する図である。 本発明の実施例２による管理テーブルへのエントリの登録動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例３による管理テーブルへのエントリの登録動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１１ 制御局
１２ 車両
４１ タイムスロットテーブル
４２ 管理テーブル

Claims (5)

1. 制御局が車載移動端末に対して車車間通信のためのスロットの位置を割り当てる通信制御方法において、
   異なる送信間隔で使用可能な複数種類のスロットのうち、前記車載移動端末の移動速度に応じたスロットを前記制御局が前記車載移動端末に割り当てる、
   ことを特徴とする通信制御方法。
2. 前記制御局と前記車載移動端末との間の通信用の信号を構成するスーパーフレーム内の各スロットにそれぞれ送信間隔を対応付けることにより、スーパーフレーム内の同一スロット位置を複数の車載移動端末で共用する請求項１記載の通信制御方法。
3. 前記制御局と前記車載移動端末との間の通信用の信号を構成するスーパーフレーム内の各スロットに対応付けた送信間隔を必要に応じて変更可能とする請求項１記載の通信制御方法。
4. 前記制御局と前記車載移動端末との間の通信用の信号を構成するスーパーフレーム内の各スロットの管理テーブルのエントリがあふれた場合で、追加のスロット確保が不可能な場合には、より短い送信間隔のスロット位置でのエントリの空きを検索し、エントリの空きがあれば該空きエントリに車両IDを登録する請求項1記載の通信制御方法。
5. より短い送信間隔のスロット位置にエントリの空きが無い場合には、より長い送信間隔のスロット位置でのエントリの空きを検索し、エントリの空きがあれば該空きエントリに車両IDを登録する請求項４記載の制御型車車間通信制御方法。

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