JP2009278187A - 通信端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他の端末からパケットの受信情報を受信しなくてもパケットの衝突を回避する。
【解決手段】送信スロット選択部は、今回のパケット送信時の次のフレーム（ｎ＋１）に存在するスロット１〜ｎのうち、前回のパケット送信時のフレーム（ｎ−１）のスロット２のタイミングから車両の移動距離が所定距離以内になるタイミングのスロット１〜４のみを選択候補（再選択範囲）とする。送信スロット選択部は、スロット１〜４の中から任意のスロット、例えばスロット１を選択する。送信タイミング制御部は、送信スロット選択部で選択されたスロットのタイミングでパケットを送信するように送信回路を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、通信端末装置に関する。

無線ＬＡＮで用いられている通信方式の１つであるＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式では、データを送信したい端末（ノード）は、他の端末のパケット通信状況を監視し（キャリアセンス）、データが空いているタイミングで送信を開始する。

このような無線システムでは、例えば、ある端末Ａは、自身の周辺に存在する他の端末のデータのみ監視する。そして、端末Ａの周辺に他の端末が多数存在する場合、端末Ａは自身のデータを送信するタイミングが得られず、データの送信が大きく遅延してしまう問題がある。

そこで、上記問題を解決するために、フレームをｎスロットに時分割してアクセスする方法が提案されている。各端末は、フレーム単位でスロットの占有情報を監視し、自端末の送信データに加えて、スロットの占有情報を送信パケットに埋め込むことで、情報の交換を行う（特許文献１参照。）。

具体的には、特許文献１の技術は、自端末が所定のスロットを占有してパケットを送信した後、他の各スロットからパケットを検出し、自端末が占有する送信スロットについて、フリー（パケットの受信が不成功）を２回連続検出するまでは送信スロットを維持する。そして、特許文献１の技術は、フリーを３回連続検出すると送信スロットにおいてパケットの衝突が発生したと判断して、送信スロットを他の空きスロットに変更する。

ここで、特許文献１の技術が適用された端末Ａ、端末Ｂ、端末Ｃがそれぞれ通信可能な範囲内に存在し、端末Ａと端末Ｂが同じ送信スロットを占有してパケットの衝突が発生した場合について考える。この場合、端末Ａ及びＢの周辺にいる端末Ｃが、端末Ａ及びＢに対してパケットの受信が成功しなかったことを示す情報“フリー”を埋め込んだパケットを送信する。このため、端末Ａは、フリーを３回連続検出すると、送信スロットを他の空きスロットに変更して、パケットの衝突を回避する。
特開２００７−２８５５０号公報

ところで、従来の無線システムの端末は、自端末がパケット送信時に占有するスロット以外のスロットではパケットを検出することができるが、自端末が占有するスロットではパケットを検出することができない。

このため、例えば、端末Ｃが存在しなかった場合、端末Ｃが存在しても端末Ａ、Ｂ、Ｃのすべてが同一のスロットを占有している場合、パケットの衝突が発生するものの、各端末はパケットの衝突が発生していることを検出できない。このため、いずれの端末でも送信スロットが変更されないので、パケットの衝突が繰り返され、各端末が互いに通信可能な範囲内に存在しても、通信できない問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、他の端末からパケットの受信情報を受信しなくてもパケットの衝突を回避することができる通信端末装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明である通信端末装置は、複数の時間スロットで構成されたフレームを基本周期としたときの時間スロット毎にパケットを受信するパケット受信手段と、前記受信手段により受信されたパケットに基づいて、各パケットに含まれる各時間スロットの占有状態を検出する時間スロット占有状態検出手段と、時間スロット占有状態検出手段で検出された各時間スロットの占有状態に基づいて、本通信端末装置の最後のパケット送信時に占有した時間スロットから基本周期時間までの各時間スロットにおいて、他の装置がいずれかの時間スロットを占有してないかを判定する時間スロット占有判定手段と、前記時間スロット占有判定手段により他の装置がいずれの時間スロットも占有していない場合に、本通信端末装置が占有する時間スロットを他の時間スロットに変更する時間スロット変更手段と、前記時間スロット変更手段により変更された時間スロットでパケットを送信するパケット送信手段と、を備えている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の通信端末装置であって、前記時間スロット変更手段は、本通信端末装置の最後のパケット送信時の次のフレームの時間スロットであって、本通信端末装置の最後のパケット送信時の１つ前のパケット送信時に占有した時間スロットのタイミングから当該通信端末装置が所定距離移動するまでの時間スロットのタイミングまでの時間スロットを選択候補とし、選択候補となった時間スロットのいずれか１つを選択する。

請求項３の発明は、請求項２に記載の通信端末装置であって、前記時間スロット変更手段は、本通信端末装置の移動速度に応じて前記所定距離を設定する。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の通信端末装置であって、前記時間スロット変更手段は、予め設定された地点から本通信端末装置までの距離が一定距離以下になった場合に、本通信端末装置が占有する時間スロットを他の時間スロットに変更する。

請求項１の発明によれば、他の端末からのパケット受信情報を用いることなく、パケットの衝突を回避することができる。

請求項２の発明によれば、時間スロット変更時のパケットの送信遅れを回避することができる。

請求項３の発明によれば、時間スロット変更時のパケット送信タイミングを移動速度に応じて設定することができる。

請求項４の発明によれば、所定の地点に近付いた場合に、時間スロット変更時のパケットの送信遅れを回避することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信ネットワークの無線端末装置の構成を示すブロック図である。無線通信ネットワークは、各無線端末装置が各々パケットをブロードキャストすることによって、動的に構成される。また本実施形態では、各無線端末装置は、車両に搭載されているものとする。

上記無線端末装置は、受信アンテナ１１を介して他の無線端末装置が送信したパケットを受信する受信回路１２と、受信したパケットがどの時間スロット（以下、単に「スロット」という。）を用いて送信されてきたのかを検出するパケット検出部１３と、検出されたパケットから送信されてきたデータを復元する復調部１４と、復調されたデータの中からフレーム情報を抽出し、そのフレーム情報を１フレーム周期分蓄えておくフレーム情報蓄積部１５と、パケット検出部１３で検出された本無線端末装置（以下「自端末」という。）で検出したスロットの占有情報と、パケット復調部１４での復調の成否に基づいて、送信パケットに埋め込むフレーム情報を生成するフレーム情報生成部１６と、各周辺端末から収集した１フレーム周期分の複数のフレーム情報と、自端末で検出したフレーム情報に基づいて送信スロットを選択する送信スロット選択部１７と、を備えている。

上記無線端末装置は、更に、パケットを生成するパケット生成部１８と、パケットの送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１９と、送信アンテナ２１を介してパケットを送信する送信回路２０と、を備えている。

図２は、無線端末装置によって送受信されるパケットの基本周期であるフレームの構成を示す図である。１フレームは、例えば１００ｍｓの基本周期に設定され、時分割されたｎ個のスロットで構成されている。１スロットは、無線端末装置が１パケットを送信できる期間である。各無線端末装置は、フレームを構成する各スロットのいずれか１つを占有し、占有するスロットのタイミングでパケットを送信する。なお、１フレームの周期は各端末のデータ送信周期に合わせて設定するとよい。例えば、各端末が１００ｍｓに１度の送信を保証するためには１フレームを１００ｍｓに設定すると良い。

パケットは、１フレーム中の各スロットの通信状態を表すフレーム情報（ＦＩ）と、送信対象となるデータと、スロットの同期のずれの影響を軽減するためのガードタイム（ＧＴ）とを有している。なお、本発明ではスロットの同期方法に関しては限定しないが、例えば同期のための基準局を設ける等して、何らかの手段によってカードタイムで補償できる程度の同期はとれているものとする。

フレーム情報は、各スロットの占有状態を示し、ビジー（ＢＵＳＹ）、フリー（ＦＲＥＥ）の２つがある。ビジーは、対象となるスロットにおいて、パケットの受信が成功したことを示す。なお、パケットの受信が成功したとは、単にパケットを受信・検出しただけでなく、パケット内の情報を復元できたことをいう。フリーは、対象となるスロットにおいて、パケットの受信が成功しなかったこと（例えば、パケットが検出されないこと、パケットが衝突したこと等）を示す。

以上のように構成された無線通信ネットワークの無線端末装置は、他の無線端末装置から送信されたパケットを受信すると、次のように動作する。

図３は、パケット送信ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、送信回路２０は、送信タイミング制御部１９により既に設定されているスロット（以下「占有スロット」という。）のタイミングで、パケット生成部１８で生成されたパケットを、送信アンテナ２１を介してブロードキャスト送信する。

ステップＳ２では、受信回路１２が受信アンテナ１１を介してパケットを受信すると、パケット検出部１３は、受信回路１２で受信されたパケットの受信時刻をもとに、どのスロットでパケットが送信されてきたかを検出する。パケット復調部１４は、検出されたパケットを復調し各周辺端末から送られてきたデータを復元する。フレーム情報蓄積部１５は、復調されたデータからフレーム情報［Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎ］を取り出し、複数の端末から送られてきた１フレーム時間分のフレーム情報をそれぞれ蓄積する。フレーム情報生成部１６は、所定のスロットについてはビジー、他の所定のスロットについてはフリーを各々生成する。

ステップＳ３では、送信スロット選択部１７は、フレーム情報生成部１６で生成されたフレーム情報に基づいて、占有スロットの開始タイミングから基本周期時間（１００ｍｓ）までの各スロットでフレーム情報がないかを判定する。

図４は、フレームとパケットの送信タイミングとの関係を示す図である。自端末が今回のパケット送信でフレームｎのスロット２を占有した場合、送信スロット選択部１７は、当該スロット２から次のフレーム（ｎ＋１）のスロット１まで（基本周期時間）の各スロットでフレーム情報がないかを判定する。そして、フレーム情報ないときはステップＳ４に移行し、フレーム情報があるときはステップＳ５に移行する。

ステップＳ４では、送信スロット選択部１７は、第１のスロット選択処理を実行する。具体的には、次の処理を実行する。

（第１のスロット選択処理）
送信スロット選択部１７は、フレーム情報蓄積部１５における、各周辺端末から通信で得られた複数フレーム情報と、フレーム情報生成部１６からの自端末で検出したフレーム情報と、を用いて自端末が送信に使用するスロットを選択する。

具体的には、送信スロット選択部１７は、当該無線端末装置によってパケットが送信された送信スロットについて、次のように判断する。送信スロット選択部１７は、フレーム情報蓄積部１５からのフレーム情報の中に、当該送信スロットがビジーであることを示すものが１つでも存在した場合は、当該送信スロットは当該無線端末装置が予約したものと判断し、次のフレームでも同一のスロットを使用して送信を試みる。また、フレーム情報蓄積部１５からのすべてのフレーム情報に当該送信スロットがフリーであることが示していた場合には、パケットの衝突が発生したものと判断し、次のフレームでは別の空きスロットを新たな送信スロットとして選択して送信を試みる。

送信スロット選択部１７は、送信スロット以外のスロットについて、フレーム情報蓄積部１５で収集された各周辺端末からフレーム情報、フレーム情報生成部１６で生成された自端末の検出結果に基づいたフレーム情報、の双方に基づいて次のように判断する。フレーム情報の少なくとも１つがビジーを示すスロットに関しては、そのスロットは他の無線端末装置に占有されているものと判断して、そのスロットの使用を禁止する。すべてのフレーム情報がフリーを示すスロットに関しては、そのスロットは空きスロット（いずれの無線端末装置も占有していない）と判断する。

パケット生成部１８は、送信情報及びフレーム情報生成部１６で生成されたフレーム情報を埋め込んだパケットを生成する。送信タイミング制御部１９は、送信スロット選択部１７で選択されたスロットのタイミングでパケットを送信するように、送信回路２０を制御する。送信回路２０は、パケット生成部１８で生成されたパケットを、送信回路２０の制御タイミングに従って、送信アンテナ２０を介してブロードキャストする。

ただし、上記構成の場合、フレーム情報によってフリーのスロットが検出されても、そのスロットが空きスロットである場合と、そのスロットでパケットの衝突が発生している場合とがあり、その区別ができない問題がある。そこで本実施形態では、送信スロット選択部１７は、次の処理を行う。

送信スロット選択部１７は、当該無線端末装置によってパケットが送信された送信スロットについて、同一の無線端末装置からフリーを２回連続検出するまでは送信スロットを維持し、フリーを３回連続検出すると送信スロットにおいてパケットの衝突が発生したと判断して、送信スロットを他の空きスロットに変更する。

図５は、送信スロット選択部１７のスロット制御アルゴリズムを説明する図である。周辺のいずれか１つの無線端末装置から得られたパケットから、ビジーが検出された場合、その送信スロットは維持される（Ｋｅｅｐ Ｓｌｏｔ）。また、同一の無線端末装置からフリーが２回連続検出されても、送信スロットは維持される。そして、フリーが３回連続検出されると、送信スロットは他のスロットに変更される（Ｒｅｌｏｃａｔｅ Ｓｌｏｔ）。その理由は、パケットの受信失敗が所定回数連続することはほとんどなく、パケットが衝突している可能性が非常に高いからである。

スロット変更までのフリーの連続検出回数については任意に設定すればよい。比較的、通信状況が安定している場合には２回目のフリー受信で変更すればよいし、通信状況が不安定な場合には４回以上フリーの連続受信をもってスロットを変更すればよい。

また、送信スロット選択部１７は、所定数以上のパケット（送信端末）から送信スロットについてフリーを検出した場合も、パケットの衝突が発生したと判断して、送信スロットを変更してもよい。

以上のようなステップＳ４の処理が終了すると、送信タイミング制御部１９は、送信スロット選択部１７で選択されたスロットのタイミングでパケットを送信するように送信回路２０を制御する。そして、再びステップＳ１に戻り、送信回路２０は、送信タイミング制御部１９で設定されたスロットでパケットを送信する。

（第２のスロット選択処理）
一方、ステップＳ５では、送信スロット選択部１７は、第２のスロット選択処理を実行する。ここでは、送信スロット選択部１７は、自端末が搭載されている車両の速度を検出する図示しない車速センサの検出結果に応じてスロットを選択する。

具体的には、送信スロット選択部１７は、車両速度が所定の閾値ｔｈ１以上である場合には、例えば図４に示すように、今回のパケット送信時の次のフレーム（ｎ＋１）に存在するスロット１〜ｎのうち、前回のパケット送信時のフレーム（ｎ−１）のスロット２のタイミングから車両の移動距離が所定距離以内になるタイミングのスロットのみを選択候補（再選択範囲）とする。これらの選択候補のスロットは、車速センサの検出結果と、各スロットに割り当てられた時間と、から求められる。本実施形態では、車両の移動距離が所定距離以内になるタイミングのスロットとして、フレーム（ｎ＋１）のスロット１〜４が選択されるものとする。

このように、車両速度に応じて選択候補となるスロットを制限するのは、車両速度が速い場合、今回の送信タイミングから次回の送信タイミングまでの送信間隔が長くならないようにするためである。これにより、周辺車両に自端末の存在を早く知らせることができる。そして、送信スロット選択部１７は、これらのスロット１〜４の中から任意のスロット、例えばスロット１を選択する。

なお、送信スロット選択部１７は、車両速度が所定の閾値ｔｈ１未満である場合には、フレーム（ｎ＋１）の中から任意のスロットを選択しても良いし、車両速度に応じて選択候補となるスロットを選択しても良い。このときの選択候補となるスロット数は、車両速度が閾値ｔｈ１以上である場合に比べて多くすればよい。

以上のようなステップＳ５の処理が終了すると、送信タイミング制御部１９は、送信スロット選択部１７で選択されたスロットのタイミングでパケットを送信するように送信回路２０を制御する。そして、再びステップＳ１に戻り、送信回路２０は、送信タイミング制御部１９で設定されたスロットでパケットを送信する。

以上のように、本実施形態に係る無線端末装置は、パケット送信時のスロットから基本周期時間までの各スロットにおいて、他の端末でのパケットの検出状況を示すフレーム情報を検出できない場合に、自端末の占有スロットを任意の送信スロットを変更する。これにより、上記無線端末装置は、通信エリア内で各端末が同一のスロットを占有している場合でも、他の端末からの情報を用いることなく送信スロットを変更して、パケットの衝突を回避することができる。

また、上記無線端末装置は、車両速度に応じて次のパケット送信タイミングの再選択範囲を制限することにより、周辺車両に自車の存在・状態を早く知らせることができる。

［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６は、第２の実施形態に係る無線端末装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、上記無線端末装置は、上述した図１に示す構成に加えて、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの測距信号に基づいて自端末の位置を検出する位置検出部３１と、地図データを記憶する地図データ記憶部３２と、地図データによって特定される所定の箇所（例えば交差点）から自端末の位置までの距離を算出する距離算出部３３と、を更に備えている。

位置検出部３１は、各々のＧＰＳ衛星から送信される測距信号を用いて自車（自端末）の位置を検出する。距離算出部３３は、位置検出部３１により検出された自端末の位置と、地図データ記憶部３２に記憶されている地図データを用いて、自端末が搭載された車両の進行方向にあり、かつ自端末位置から最も近い交差点までの距離を算出する。

以上のように構成された無線端末装置において、ステップＳ５では、次の処理が実行される。

すなわち、送信スロット選択部１７は、距離算出部３３により検出された距離が閾値ｔｈ２以下になった場合、第１の実施形態と同様に車両速度に応じてフレーム（ｎ＋１）の中から選択候補となる複数のスロットを選択し、それらのスロットの中から任意の１つのスロットを選択する。また、送信スロット選択部１７は、距離算出部３３により検出された距離が閾値ｔｈ２以下でない場合、フレーム（ｎ＋１）の中から任意のスロットを選択すればよい。

これにより、上記無線端末装置は、交差点などの交通危険地点に近付いている場合は、今回のフレームｎの送信タイミングから次回のフレーム（ｎ＋１）の送信タイミングまでの間隔が長くならないようにして、自車の存在・状態を周辺車両に早く知らせることができる。なお、ここでは、交通危険地点として交差点を例に挙げて説明したが、その他、見通しの悪い地点、事故多発地点などを予め設定してもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で設計変更されたものにも適用可能である。例えば、送信スロット選択部１７は、前回のパケット送信時のスロットのタイミングから車両の移動距離が所定距離以内になるタイミングの全てのスロットを選択候補としたが、この所定距離は車両速度に応じて変えてもよい。すなわち、車両速度が高くなるに従って所定距離が短くなり、車両速度が低くなるに従って所定距離が長くなるようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信ネットワークの無線端末装置の構成を示すブロック図である。 無線端末装置によって送受信されるパケットの基本周期であるフレームの構成を示す図である。 パケット送信ルーチンを示すフローチャートである。 フレームとパケットの送信タイミングとの関係を示す図である。 送信スロット選択部１７のスロット制御アルゴリズムを説明する図である。 第２の実施形態に係る無線端末装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１２ 受信回路
１３ パケット検出部
１４ 復調部
１５ フレーム情報蓄積部
１６ フレーム情報生成部
１７ 送信スロット選択部
１８ パケット生成部
１９ 送信タイミング制御部
２０ 送信回路

Claims (4)

1. 複数の時間スロットで構成されたフレームを基本周期としたときの時間スロット毎にパケットを受信するパケット受信手段と、
   前記受信手段により受信されたパケットに基づいて、各パケットに含まれる各時間スロットの占有状態を検出する時間スロット占有状態検出手段と、
   時間スロット占有状態検出手段で検出された各時間スロットの占有状態に基づいて、本通信端末装置の最後のパケット送信時に占有した時間スロットから基本周期時間までの各時間スロットにおいて、他の装置がいずれかの時間スロットを占有してないかを判定する時間スロット占有判定手段と、
   前記時間スロット占有判定手段により他の装置がいずれの時間スロットも占有していない場合に、本通信端末装置が占有する時間スロットを他の時間スロットに変更する時間スロット変更手段と、
   前記時間スロット変更手段により変更された時間スロットでパケットを送信するパケット送信手段と、
   を備えた通信端末装置。
2. 前記時間スロット変更手段は、本通信端末装置の最後のパケット送信時の次のフレームの時間スロットであって、本通信端末装置の最後のパケット送信時の１つ前のパケット送信時に占有した時間スロットのタイミングから当該通信端末装置が所定距離移動するまでの時間スロットのタイミングまでの時間スロットを選択候補とし、選択候補となった時間スロットのいずれか１つを選択する
   請求項１に記載の通信端末装置。
3. 前記時間スロット変更手段は、本通信端末装置の移動速度に応じて前記所定距離を設定する
   請求項２に記載の通信端末装置。
4. 前記時間スロット変更手段は、予め設定された地点から本通信端末装置までの距離が一定距離以下になった場合に、本通信端末装置が占有する時間スロットを他の時間スロットに変更する
   請求項２または請求項３に記載の通信端末装置。

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