JP2009177598A

JP2009177598A - Ｉｔシステム

Info

Publication number: JP2009177598A
Application number: JP2008015093A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Machida; 守町田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: EP2083605A2; EP2083605A3; JP5071123B2; US20090189780A1; EP2083605B1; US8279082B2

Abstract

【課題】基地局と移動局の間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、路路間通信、路車間通信、車車間通信等の通信を可能とするITシステムを提供する。
【解決手段】路路間通信を可能とするため、路側機に、信号の終端機能を有するMS機能部とBS機能部を設ける。路路間通信する場合には、複数ある路側機のいずれかをBSとして機能させ、他をMSとして機能させる。MSとBSの間でのみしか無線通信が出来ない無線通信システムでも、路路間通信を可能とする。また、車車間通信も可能とするため、車載機に、信号の終端機能を有するBS機能部とMS機能部を搭載し、路路間通信と同様にする。路車間通信は、路側機のいずれかをBSとして機能させ、他の路側機と車載機をMSとして動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、路側機同士の無線通信である路路間通信、路側機と車載機の無線通信である路車間通信、車載機同士の無線通信である車車間通信を実現するITS（Intelligent Transport System）に関する。

図２１は、ITSの概略を説明する図である。
ITSは、車両に車載通信機、信号などの路側に路側通信機を備え、相互に、交通情報等を授受することにより、より円滑で安全な交通を実現しようとするものである。図２１においては、ITSの概略のシステム構成が記載されている。通信の制御を行なう上位レイヤの装置であるCSN（Connectivity Service Network）に、ASN-GW（Access Service Network）が接続される。ASN-GWには、基地局５や、道路での通信の要となる路側機６が接続される。道路には、その他の路側機や、車載機が存在しており、これらは、路側機６の通信セル内にいる間は、その路側機６との通信を行なう。車載機は、常に移動しており、次から次へと、異なる路側機６と通信を行なう。

このようなシステムを実現する無線の通信方式として、最近では、IEEEの標準である802.16系列の無線通信システムを使用することが考えられている。802.16eでは、BS（基地局）とMS（移動局）の関係での通信方式であり、BSとBS間は、有線等により通信する構成になっている。また、MSとMSが直接通信する方式になっていない。よって、路路間通信、車車間通信を実現することは困難である。また、802.16jなどでは、BS機能、MS機能、中継機能を有したRS(Relay Station)があるが、あくまで中継機能であり本物のBS機能、MS機能を有しているものではない。よって、路路間通信、路車間通信、車車間通信を実現することは困難である。

特許文献１では、システムコストを下げることのできる路側通信装置が開示されている。
特開２００６−１６３６２１号公報

本システムの課題は、基地局と移動局の間で無線通信を行なう無線通信システムにおいて、路路間通信、路車間通信、車車間通信等の通信を可能とするITシステムを提供することである。

本システムは、道路に設置された路側機と、車両に設置された車載機とが、基地局と移動局との間においてのみ無線通信を行なう無線通信方式を用いて情報を交換するITシステムにおいて、路側機及び車載機の備える通信装置が、該通信装置を基地局として動作させる基地局機能手段と、該通信装置を移動局として動作させる移動局機能手段と、該通信装置を基地局か移動局のいずれとして動作させるかを切り替え、該基地局機能手段、あるいは、該移動局機能手段において受信された信号を終端する制御手段とを備え、いずれかの通信装置を基地局として動作させ、他の通信装置を移動局として動作させることによって、路側機間、車載機間、あるいは、路側機−車載機間の通信を可能にする。

本システムによれば、従来の基地局機能と移動局機能の間でのみ通信を可能としていた
無線通信システムに追加機能を付け加えることにより、ITシステムを提供することが出来る。

本実施形態においては、802.16jのRS機能に終端機能を追加し、スケジューリング機能にITSで必要なパラメータを追加することで通信方式を大きく変更することなくITSの実現を行う。なお、本実施形態では、802.16jのWiMAXを前提に説明を行なうが、本実施の形態は、これに限定されるものではなく、基地局と移動局が無線通信を行なうような無線通信システムであれば、路側機、車載機それぞれに、信号の終端機能を備えた基地局機能と移動局機能の双方を持たせることにより、ITSを実現することが出来る。

図１は、実施形態の路側機の構成を示す図である。また、図２は、実施形態の統合MAC部の構成を示す図である。また、図３は、実施形態のBS機能部の構成を示す図である。図４は、実施形態のMS機能部の構成を示す図である。

図１において、路側機は、ネットワークインタフェース部１０、統合MAC部１１、BS機能部１２、MS機能部１３、RF部１４からなり、ネットワークインタフェース部１０は、路側機外部からのデータを送受信処理し、統合MAC部１１から送られた情報を路側機外部に通知し、路側機外部からの情報を統合MAC部１１に通知する。統合MAC部１１は、マスターモード時にはBS機能を、スレーブモード時にはMS機能を動作させる指示機能を持つ。また、マスターモード時は、BS機能によりネットワークインタフェース部１０より受信した情報をBS機能部１２のDown Linkフォーマット（データフォーマット）を使用して情報を送信する。更に、BS機能部１２のUp Linkフォーマット（データフォーマット）を使用して受信した情報をネットワークインタフェース部１０に通知する。スレーブモード時は、MS機能部１３により、ネットワークインタフェース部１０より受信した情報を、MS機能部１３のUp Linkフォーマット（データフォーマット）を使用して情報を送信する。更に、MS機能部１３のDown Linkフォーマットを使用して受信した情報をネットワークインタフェース部１０に通知する。また、中継機能として、スレーブモード時に受信した情報をマスターモード時に送信する機能とマスターモード時に受信した情報をスレーブモード時に送信する機能を有している。この中継機能は、統合MAC部１１で実行される。

BS機能部１２は、大きくMAC処理部１７とPHY処理部１８からなり、その詳細が図３に示されている。MAC処理部１７は、BS機能部１２のDown Link、Up Linkを繋ぐFeedback関連の機能、QoS制御などのWiMAX規格に準ずる機能を持つ。PHY処理部１８は、WiMAX規格に準拠した送信機能として、Preamble信号（下りPreamble生成部２０）、MAC処理部から指示されたOFDMA信号の領域を示すDL_MAP、UL_MAP信号及びFCH信号等のBroadcast信号（下りBroadcast生成部２１）、MAC処理された送信データをDL_Burst信号に生成する機能（下りBurst生成部２２）と、MAC処理部から指示された変調方式処理を行うModulation部２３、各信号を多重処理する多重処理部２４、iFFT部２５からなる。受信側の機能としては、WiMAX規格におけるベースバンドレベルになった信号をFFT処理するFFT部２６、受信信号の中からRanging信号を検出し同期を取るRanging受信処理部２７、同期後に受信信号の中からMAC処理部からのUL_MAP指示された領域のUL_Burst信号を受信処理するUL_Burst受信処理部２８からなる。
また、MS機能部１３は、大きくMAC処理部１５とPHY処理部１６からなり、図４に詳細が記載されている。MAC処理部１５は、MS機能部１３のDown Link、Up Linkを繋ぐFeedback関連の機能、QoS制御、PHY処理部からのデータに基づきBurst信号の領域の認識などのWiMAX規格に準ずる機能を持つ。PHY処理部１６は、WiMAX規格に準拠した受信機能として、ベースバンドレベルになった信号をFFT処理するFFT部３０、受信した信号の中からPreamble信号を検出し同期を取る下りPreamble受信処理部３１、同期後に受信信号の中からDL_MAP、UL_MAP信号及びFCH信号等のBroadcast信号の復調処理を
行う下りBroadcast信号処理部３２と、下りBurst信号を受信処理する下りBurst信号処理部３３とを持つ。また、WiMAX規格に準拠した送信機能として、MAC処理部１５より指定されたRanging信号を生成部３４、MAC処理された送信データをUL_Burst信号に生成する上りBurst受信処理部３５とMAC処理部１５から指示された変調方式処理を行うModulation部３６、各信号を多重処理する多重処理部３７、iFFT処理部３８からなる。
RF部１４はPHY処理部１６、１８のベースバンド信号をRF変調または、RF信号をベースバンドに復調する送受信機能を持つ。

GPS部１９は、衛星から受信した信号を元にタイミング信号、位置情報、時刻情報を生成し、各部に通知する機能を持つ。
統合MAC部１１は、信号のロジックによる処理部であり、図２に詳細が示されている。制御部４０は、信号を処理するためのプログラムが格納され、実行される処理部である。BSインタフェース４１、MSインタフェース４２、NWインタフェース４３は、それぞれ、BS機能部１２、MS機能部１３、ネットワークインタフェース部１０とのインタフェースである。

ネットワークインタフェース部１０は、装置外部とのインタフェース機能を有し、統合MAC部１１のNW-INF４３は、装置内でデータをBS側かMS側に受け渡す機能を有している。ネットワークインタフェース部１０は、終端機能を有し、装置外部からのデータを統合MAC部１１へ送信することと、無線空間から受信したデータを必要に応じて装置外部に送信することが出来る。NW-INF４３は、統合MAC部１１内の一つの機能であり、統合MAC部１１内の制御部指示の元、BS機能として送受信するのかMS機能として送受信するのかにより切換えを行い、同部のBS-INF４１、MS-INF４２とデータを送受信する。

図５は、路側機間の路路間通信の処理の流れを示すフローである。
図５は、統合MAC部の制御部が行なう動作である。BS選択情報として、例えば1=BS,0=MSとパターンを決めておき、路側機にBSの役割とMSの役割を割り当てて、これらの間で通信を行なわせる。図５では、路側機＃１がBSとして、路側機＃２がMSとして動作させる情報が入力される。BS動作する路側機＃１は、通信に使用する帯域の指示を含むプリアンブルを、MSとして動作する路側機＃２に送信する。路側機＃２は、自身が通信に使用する帯域内の領域を認識し、路側機＃１から送られてくるDL_Burst信号を受信する。また、路側機＃２は、路側機＃１に対し、領域認識された帯域内の領域を使ってUL_Burst信号を送信する。以後動作は同じである。

どの路側機にBSの役割とMSの役割をそれぞれ割り当てるかは、路側機の地理的位置によって決めることが出来る。
図６は、路路間通信におけるBS、MS動作の割り振り方の別実施形態を説明するフローである。

制御部の動作にGPSからのタイミング信号をリンクさせ、一定周期で1=BS,0=MSの設定値変更し動作させる。図６においては、最初、路側機＃１がBS動作、路側機＃２がMS動作と設定されるが、ｎ秒（ｎは当業者によって適宜定められるべき値である）後に、路側機＃２がBS動作、路側機＃１がMS動作するように切り替えられる。路側機の数が、３個以上になる場合には、BSにする路側機をサイクリックに切り替えるようにすれば良い。

図７及び図８は、路路間通信の帯域割り当て方法の実施形態を説明する図である。
路路間通信において、各路側機が使用するサブチャネルの割り当てを固定的に行い、路側機を図８にように動作させる。すなわち、図７におけるように、選択信号で、複数の路側機をBS動作に割り当てる場合、路路通信の最初に選択情報で、各路側機の使用するサブチャネルを割り当て、図８のように、路側機は、それぞれ割り当てられたサブチャネルの
みを使って通信を行なうようにする。このようにすることによって、BS動作を行なう路側機を２個以上設定可能となる。

図９及び図１０は、BS、MS機能の切り替えにキャリアセンシングを使用する実施形態を説明する図である。
図９において、図１と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。

図９においては、CSMA （Carrier Sense Multiple Access）部５０を設けキャリアセンスした結果を統合MAC部１１に通知する。CSMA部５０では、RF部１４からDownlink信号を受信し、ある閾値レベルを超えるパスを検出する。統合MAC部１１では、本結果によりBS機能、MS機能の切り替え制御を行う。キャリアセンシングの詳細については、IEEE Std 802.11a-1999 (17.3.10.5 CCA sensitivity:CCA：Clear Channel Assessment)を参照されたい。

キャリアセンスした結果、使用しようとするサブチャネルが使用中である条件として下記のように定義する。
・-82dBm以上の信号を受信したとき（プリアンブルを受信したとき）
・プリアンブルを受信できないときは、
-42dBm（-62dBm+20dB）以上の信号を受信したとき
図１０は、路路間通信において、キャリアセンスをBS選択に用いる場合の動作フローである。

最初、路側機＃１が、キャリアセンスを行い、使用しようとするサブチャネルが使用されていない、すなわち、当該サブチャネルにキャリアを検出しないと判断した場合には、路側機＃１は、BS動作に入る。一方、路側機＃２は、MS動作を行なう。次に、路側機＃２が通信を開始したいときには、キャリアセンスを行い、使用したいサブチャネルにキャリアを検出しない場合に、BS動作に入り、路側機＃１は、MS動作に入る。すなわち、キャリアを検出しないというのは、自分が使用しようとする帯域が空いていることを意味するので、キャリアを検出していない路側機は、自身をBSとして動作させ、通信を開始するようにする。

図１１は、上位レイヤからどの路側機がBS動作を行なうかの指示を得る実施形態を説明する図である。
ASN-GWは、上位ネットワークとの連携、BS間同士の通信の中継等を行う。本実施形態では、ASN-GWに使用許可制御を追加し、路側機からの帯域に使用要求に応じて、どの路側機がマスター（BS）となってよいか判断をさせる。判断基準は、例えば、送信情報の重要性、情報のデータ量、路側機が設置されている場所、送信しようとしている相手により判断する。各路側機から要求を受け付け、このような判断基準で送信許可を該当路側機に送信する。許可を受けた路側機はマスターモード（BSモード）となり処理を行う。許可が出ない、または、許可をもらっていない路側機は、スレーブモード（MSモード）で動作する。

図１２及び図１３は、実施形態の車載機を説明する図である。
図１２においては、図１と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
図１２の車載機の構成は図１の路側機と同様であり、差分はGPSを搭載していないことである。車載機は、基本的にスレーブ動作（MS動作）を行う。スレーブモードでは、図１で記載したスレーブモード時の動作を使用して、路側機からの情報を受信する。また、自車両情報を送信する。周辺に路側機がいない等の場合は、キャリアセンスを行い、キャリアが検出されなかった場合にマスターモード（BS動作）となり図５で記載したマスターモード時の動作を使用して自車両情報を送信する。また、周辺車載機の情報を受信する。周辺車載機が先にマスターモードになっている場合は、Preamble信号が送信されているので
そのままスレーブ動作となる。図１３に示されるように、MS動作（スレーブモード）で動作していた際に、Preambleの受信が途絶えた場合には、自身がBS動作（マスターモード）になって、通信を行なう。

図１４及び図１５は、実施形態の路車間通信を説明する図である。
図１４は、１つの路側機と複数の車載機が通信を行なっている様子を示す。また、図１５は、路車間通信のフローチャートを示す。

路側機は、図１で示す構成によりBS動作を実現する。また、車載機は、図１２に示す構成によりMS動作を実現する。路側機は、マスターモードとして常時BS機能動作によりPreamble、Broadcast、DL_Burst信号をDown Linkより送信する。路側機外部からの情報は、DL_Burst信号に含まれる。また、車載機からの情報は、Up Linkにより送信され路側機はUL_Burst信号を受信することで車載機情報を得る。車載機は、スレーブモードとして常時MS機能動作によりDown Linkの各種信号を受信し、同期、領域情報（通信に使用するサブキャリア、通信時間等の使用帯域情報）、路側機情報を得る。また、車載機情報をUL_Burst信号で送信することで路側機に通知し、通信を実現する。

図１６〜図１８は、路路間通信の実施形態を説明する図である。
図１６は、路路間通信のイメージを示し、図１７は、路路間通信のフローを示し、図１８は、路路間通信の際の帯域使用例を示す。

路側機は、図１の実施形態例で示す構成によりBS動作、MS動作を実現する。また、例として図６のフローを適用した場合の実施形態を示す。例えば3台の路側機＃０、路側機＃１、路側機＃２があった場合、路側機同士は、GPSにより同期が取れているので、はじめに指定した時間間隔で自路側機がマスターモードになる時間を知ることが出来る。それ以外の時間はスレーブモードとなれば周波数の衝突を回避できる。マスターモードの路側機＃０は、周辺路側機である路側機＃１、路側機＃２に対しBS機能を用いてPreamble、Broadcast、DL_Burst信号をDown Linkより送信する。路側機＃０外部からの情報は、DL_Burst信号に含まれる。また、路側機＃１、路側機＃２からの情報は、Up Linkにより送信され路側機＃０はUL_Burst信号を受信することで路側機＃１、路側機＃２情報を得る。路側機＃１、２は、スレーブモードとしてMS機能動作によりDown Linkの各種信号を受信し、同期、領域情報、路側機＃０情報を得る。また、路側機＃１、２情報をUL_Burst信号で送信することで路側機＃０に通知する。決められた時間になったらマスターモードが路側機＃１、路側機＃２になることで通信を実現する。本実施形態では、路側機のみで路路間通信を実現することが出来る。

図１７では、図６と同様に、所定時間ごとに、どの路側機がBS動作（マスターモード）になるか否かを切り替え、BS動作の路側機と、MSモードの路側機との間で、通信を行なうようにしている。BS動作になった場合、MS動作になった場合のそれぞれの処理は、図５で示したものと同じである。図１８は、通信帯域に割り当て例である。１つの路側機がマスターとなる場合には、全てのサブチャネルを使用して通信を行なうが、マスターが時間経過にしたがって、切り替えられるため、使用帯域は、時間方向に分割されて、各路側機に割り当てられることになる。

図１９及び図２０は、車車間通信の実施形態を説明する図である。
図１９は、車車間通信のイメージを示している。また、図２０に、車車間通信のフローチャートを示す。車載機は、図１２で示す構成によりBS動作、MS動作を実現する。例えば複数の車載機＃０、車載機＃１、車載機＃２があった場合、路側機がいないとPreambleによる同期を取ることが出来ない。例えば、車載機＃０が先行してPreambleなしを検出した場合、車載機＃０がすばやくマスターモードに移行する。マスターモードの車載機＃０は
、周辺車載機である車載機＃１、車載機＃２に対しBS機能を用いてPreamble、Broadcast、DL_Burst信号をDown Linkより送信する。車載機#0外部からの情報は、DL_Burst信号に含まれる。また、車載機＃１、車載機＃２からの情報は、Up Linkにより送信され車載機#0はUL_Burst信号を受信することで車載機＃１、車載機＃２情報を得る。車載機＃１、ｎは、スレーブモードとしてMS機能動作によりDown Linkの各種信号を受信し、同期、領域情報、車載機＃０情報を得る。また、車載機＃１、ｎ情報をUL_Burst信号で送信することで車載機＃０に通知する。車載機＃０が遠方に移動等して車載機＃１、ｎがPreambleを受信できなくなったら、例えば車載機＃１がマスターモードに移行し通信を継続し通信を実現する。

上記実施形態以外に、以下の付記を開示する。
（付記１）
道路に設置された路側機と、車両に設置された車載機とが、無線通信方式を用いて情報を交換するITシステムにおいて、
路側機及び車載機の備える通信装置は、
該通信装置を基地局として動作させる基地局機能手段と、
該通信装置を移動局として動作させる移動局機能手段と、
該通信装置を基地局か移動局のいずれとして動作させるかを切り替え、該基地局機能手段、あるいは、該移動局機能手段において受信された信号を終端する制御手段とを備え、
いずれかの通信装置を基地局として動作させ、他の通信装置を移動局として動作させることを特徴とするITシステム。

（付記２）
予め決められた路側機に備えられる通信装置を基地局として動作させることを特徴とする付記１に記載のITシステム。

（付記３）
前記路側機に備えられる通信装置は更に、計時手段を備え、
所定時間ごとに、基地局となる通信装置を備える路側機を切り替えることを特徴とする付記１に記載のITシステム。

（付記４）
前記車載機に備えられる通信装置は更に、所定の帯域の電波の搬送波が受信されているか否かを検出する搬送波検出手段を備え、
最初に搬送波が受信されていないことを検出した車載機の通信装置が基地局として動作することを特徴とする付記１に記載のITシステム。

（付記５）
前記路側機の上位レイヤの通信装置に、どの路側機の通信装置が基地局として動作すべきか決定を依頼することを特徴とする付記１に記載のITシステム。

（付記６）
前記無線通信方式は、複数のサブキャリアを使用した通信方式であり、
基地局として動作する通信装置を備える路側機を複数指定した場合、各路側機の通信装置に、全サブキャリアを割り当て、かつ、時間方向に通信帯域を分割して割り当てることを特徴とする付記１に記載のITシステム。

（付記７）
前記無線通信方式は、複数のサブキャリアを使用した通信方式であり、
基地局として動作する通信装置を備える路側機を複数指定した場合、各路側機の通信装
置に、サブキャリア方向に通信帯域を分割して割り当てることを特徴とする付記１に記載のITシステム。

（付記８）
前記無線通信方式は、WiMAXであることを特徴とする付記１に記載のITシステム。

実施形態の路側機の構成を示す図である。実施形態の統合MAC部の構成を示す図である。実施形態のBS機能部の構成を示す図である。実施形態のMS機能部の構成を示す図である。路側機間の路路間通信の処理の流れを示すフローである。路路間通信におけるBS、MS動作の割り振り方の別実施形態を説明するフローである。路路間通信の帯域割り当て方法の実施形態を説明する図（その１）である。路路間通信の帯域割り当て方法の実施形態を説明する図（その２）である。 BS、MS機能の切り替えにキャリアセンシングを使用する実施形態を説明する図（その１）である。 BS、MS機能の切り替えにキャリアセンシングを使用する実施形態を説明する図（その２）である。上位レイヤからどの路側機がBS動作を行なうかの指示を得る実施形態を説明する図である。実施形態の車載機を説明する図（その１）である。実施形態の車載機を説明する図（その２）である。路車間通信の実施形態を説明する図（その１）である。路車間通信の実施形態を説明する図（その２）である。路路間通信の実施形態を説明する図（その１）である。路路間通信の実施形態を説明する図（その２）である。路路間通信の実施形態を説明する図（その３）である。車車間通信の実施形態を説明する図（その１）である。車車間通信の実施形態を説明する図（その２）である。 ITSの概略を説明する図である。

符号の説明

５基地局
６路側機
１０ネットワークインタフェース部
１１統合MAC部
１２ BS機能部
１３ MS機能部
１４ RF部
１５、１７ MAC処理部
１６、１８ PHY処理部
１９ GPS部
２０下りPreamble生成部
２１下りBroadcast生成部
２２下りBurst生成部
２３ Modulation部
２４多重処理部
２５ iFFT部
２６ FFT部
２７ Ranging受信処理部
２８上りBurst受信処理部
３０ FFT部
３１下りPreamble受信処理部
３２下りBroadcast受信処理部
３３下りBurst受信処理部
３４ Ranging生成部
３５上りBurst生成部
３６ Modulation部
３７多重処理部
３８ iFFT部
４０制御部
４１ BS INF
４２ MS INF
４３ NW INF
５０ CSMA部

Claims

道路に設置された路側機と、車両に設置された車載機とが無線通信方式を用いて情報を交換するITシステムにおいて、
路側機及び車載機の備える通信装置は、
該通信装置を基地局として動作させる基地局機能手段と、
該通信装置を移動局として動作させる移動局機能手段と、
該通信装置を基地局か移動局のいずれとして動作させるかを切り替え、該基地局機能手段、あるいは、該移動局機能手段において受信された信号を終端する制御手段とを備え、
いずれかの通信装置を基地局として動作させ、他の通信装置を移動局として動作させることを特徴とするITシステム。
予め決められた路側機に備えられる通信装置を基地局として動作させることを特徴とする請求項１に記載のITシステム。
前記路側機に備えられる通信装置は更に、計時手段を備え、
所定時間ごとに、基地局となる通信装置を備える路側機を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のITシステム。
前記車載機に備えられる通信装置は更に、所定の帯域の電波の搬送波が受信されているか否かを検出する搬送波検出手段を備え、
最初に搬送波が受信されていないことを検出した車載機の通信装置が基地局として動作することを特徴とする請求項１に記載のITシステム。
前記路側機の上位レイヤの通信装置に、どの路側機の通信装置が基地局として動作すべきか決定を依頼することを特徴とする請求項１に記載のITシステム。