JP2012065118A - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体との通信において信頼性の高い無線通信システムを提供すること。
【解決手段】本実施形態に係る無線通信システムにおいて、基地局１−１は、エージェントプログラムを移動局６に送信し、移動局６から送られてくる移動体に関する情報をもとに移動体との間の無線通信が継続可能か否かを判定し、継続できないと判定すると、移動局６にエージェントプログラムの実行を終了させ、移動体の移動方向に隣接する基地局１−２に当該移動体に関する情報を通知する。移動局６は、基地局１−１からエージェントプログラムを受信すると、エージェントプログラムの実行により得られる移動体に関する情報を基地局１−１に送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、移動体と通信するための無線通信システム及び無線通信方法に関する。

自動車、列車、エレベータ及びエスカレータ等の人や物を乗せて移動する移動体の運行においては、安全が非常に重要視されている。このため、これらの移動体の安全を確認するための各種の安全装置が設置されている。しかし、外部から安全に移動体を停止するためには積載重量や速度、内部の人の状態などを外部の制御装置が把握する必要がある。今後の事故防止の観点から鑑みて、移動体から外部の制御装置への無線通信網の整備は必要不可欠である。また、将来的には、この無線通信網を介して得られる情報に基づいて、外部の制御装置から個々の移動体の移動や停止等を安全に制御できるようにする必要性がある。

例えば、特許文献１には、高速移動する物体の位置情報を安定した通信品質で収集する移動物体管理システムが開示されている。特許文献１に記載のシステムでは、移動体の移動速度に対応して割り当てられた無線通信チャネルを選択して利用し、高速移動の場合にもハンドオーバの無いリアルタイム通信を可能としている。

特開２００６−１０８７９９号公報

ところが、上記のようなシステムにおいて、移動体が通信エリア内にいるにもかかわらず無線通信の電波がマルチパス（多重伝播変動）によりある場所で通信不能になる場合がある。移動体の安全が重要視されるシステムにおいては、このような無線通信の信頼性を損なう要因を確実に排除できる対策が望まれる。

本実施形態の目的は、移動体との通信において信頼性の高い無線通信システム及び無線通信方法を提供することにある。

本実施形態に係る無線通信システムは、移動体に設けられる移動局装置と、前記移動体の移動経路に沿って設けられる複数の基地局装置とを具備する無線通信システムであって、前記基地局装置は、前記移動局装置で実行させるためのエージェントプログラムを前記移動局装置に無線により送信するエージェント送信手段と、前記エージェントプログラムが前記移動局装置で実行されることにより前記移動局装置から送られてくる移動体に関する情報をもとに前記移動体との間の無線通信が継続可能か否かを判定する判定手段と、前記無線通信が継続できないと判定された場合に、前記移動局装置に前記エージェントプログラムの実行を終了させ、前記移動体の移動方向に隣接する基地局装置に前記移動体に関する情報を通知する通知手段とを具備し、前記移動局装置は、前記基地局装置から送られてくるエージェントプログラムを無線により受信するエージェント受信手段と、前記エージェントプログラムを実行することにより得られる前記移動体に関する情報を前記基地局装置に無線により送信する送信手段とを具備する。

本実施形態に係る無線通信方法は、移動体に設けられる移動局装置と、前記移動体の移動経路に沿って設けられる複数の基地局装置とを具備する無線通信システムに用いられる方法であって、前記基地局装置において、前記移動局装置で実行させるためのエージェントプログラムを前記移動局装置に無線により送信し、前記エージェントプログラムが前記移動局装置で実行されることにより前記移動局装置から送られてくる移動体に関する情報をもとに前記移動体との間の無線通信が継続可能か否かを判定し、前記無線通信が継続できないと判定された場合に、前記移動局装置に前記エージェントプログラムの実行を終了させ、前記移動体の移動方向に隣接する基地局装置に前記移動体に関する情報を通知し、前記移動局装置おいて、前記基地局装置から送られてくるエージェントプログラムを無線により受信し、前記エージェントプログラムを実行することにより得られる前記移動体に関する情報を前記基地局装置に無線により送信するものである。

本実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図。 基地局の内部構成を示すブロック図。 移動局の内部構成を示すブロック図。 接続開始時の動作を示すシーケンス図。 エージェントプログラム実行時及び基地局切り替え時の動作を示すシーケンス図。 エージェントプログラムのデータ量の削減方法を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る無線通信システム及び無線通信方法を説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る無線通信システムの具体的な適用の一例として、道路を走行する自動車を移動体とし、その個々の自動車に設けられる無線端末（移動局）と、道路上に一定の区間毎に設置された路側無線装置（基地局）を介して操作監視装置（監視装置）との間で無線通信を行うことを想定する。

道路交通システムやエレベータシステムなどでは、移動体は決められた一定方向への移動であり一定の距離間隔に設置された基地局との間で情報の送受信を行えると、アンテナ切り替え制御などを先立って行う上で有用である。これらの情報の内容は適応システムや設置場所により変動があるため収集方法として、移動体の移動に伴ってデータを基地局間で引き渡していくようなプログラム（エージェントプログラム）を使用するのが有用である。本実施形態では、操作監視装置から基地局を介して移動局にエージェントプログラムを送付し、移動局上でエージェントプログラムを実行させ、自律的に情報取得・演算処理を行うようなエージェント動作を行わせるシステムを提案する。ただし、エージェントプログラムのデータ量が大きくなると、無線通信システム上に応用する場合、通信時間の増大や、エラー発生確率が大きくなったりして問題が生じるおそれがある。本実施形態ではこのような課題も解決する。

図１は、本実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。図１では、この無線通信システムの１区間を例として示している。無線通信システムは、基地局１−１、基地局１−２、モデリング／ＧＵＩ装置３、操作監視装置４、ＬＡＮ５、及び移動局６を備える。なお、以下の説明において、基地局１−１、基地局１−２で共通な事項の説明については、基地局１と総称して説明を行う。

基地局１は、ＬＡＮ５を経由してモデリング／ＧＵＩ装置３及び操作監視装置４と接続され、これらの装置との間で情報を送受信する。また基地局１は、移動局６との間で、２種類の周波数帯（高周波帯（Ｈ側）／低周波帯（Ｌ側））を切り替えて無線信号により情報を送受信する。さらに、基地局１は、移動局６からの無線信号の電波強度を移動局６の位置に応じて計算するシミュレーション機能を有する。

モデリング／ＧＵＩ装置３は、ＬＡＮ５を経由して基地局１から上記シミュレーションにより得られた電波強度を受信し、そのモデリングデータの作成／表示を行う。

操作監視装置４は、移動局６内にて情報取得・演算処理を行うエージェントプログラムを作成し、基地局１を経由して移動局６へ転送する。エージェントプログラムは、移動体の種別（例えば、普通車、トラック等の車種）毎に作成され、基地局１から移動局６へ移動局６の種別に対応するエージェントプログラムが転送される。また、操作監視装置４は、移動局６内でエージェントプログラムが実行されることにより取得・演算された情報を、基地局１を経由して受信し、それらの情報の表示などを行う。

図２は、基地局１の内部構成を示すブロック図である。基地局１は、無線処理ボード１１とシミュレーション装置１２とを備える。

無線処理ボード１１内のＣＰＵ２０には、当該基地局１の位置情報を取得するＧＰＳ（Global Positioning System）２１、無線伝送（Ｈ側）を行うＨ無線局１３、無線伝送（Ｌ側）を行うＬ無線局１４、制御プログラムおよび設定データを格納するＲＯＭ２２、通信情報やエージェントプログラムを一次的に格納するＲＡＭ２３、操作監視装置４とＬＡＮ５を経由して接続するためのＬＡＮ−ＩＦ２４、およびシミュレーション装置１２内の高速演算ＣＰＵ２５との間で情報を送受信するための接続ＩＦ２７と接続される。

シミュレーション装置１２内の高速演算ＣＰＵ２５は、ＬＡＮ−ＩＦ２６によりＬＡＮ５を経由してモデリング／ＧＵＩ装置３との間で情報を送受信する。また、高速演算ＣＰＵ２５は、無線処理ボード１のＣＰＵ１１との間では接続ＩＦ２７を経由して情報の送受信を行う。

図３は、移動局６の内部構成を示すブロック図である。移動局６は、無線処理ボード３１を備え、無線処理ボード３１内のＣＰＵ４１には、当該移動局６の位置情報を取得するＧＰＳ３４、無線伝送（Ｈ側）を行うＨ無線局３２、無線伝送（Ｌ側）を行うＬ無線局３３、制御プログラムおよび設定データを格納するＲＯＭ４２、通信情報やエージェントプログラムを一次的に格納するＲＡＭ４３、および周囲情報や動作情報を収集するためのセンサ４４が接続される。

次に、このように構成された無線通信システムの動作について説明する。
（接続開始時）
図４は、接続開始時の動作を示すシーケンス図である。

先ず、操作監視装置４は、基地局１−１に対し、例えばｑ個の種別のエージェントプログラム（１〜ｑ）を送付する（Ｓ１）。基地局１−１は、エージェントプログラムを受信すると、操作監視装置４へ受け取り応答（Ｓ２）を返送し、エージェントプログラムを移動局６へ移動できる条件が整うまで待機する。また受信されたエージェントプログラムをＲＡＭ２３に保管する。同様に、基地局１−２に対しても、操作監視装置４からエージェントプログラムの送付が行われる。

基地局１−１は、移動局６が接続できる状態になったかどうかを確認するための存在確認メッセージ（Ｓ３）を、通信距離を長くとることが期待できる低周波数（Ｌ側）の無線を使用して送信する。基地局１−１は、移動局６からの応答を時間監視し、応答が無い場合は移動局６が存在しないものとして、再度存在確認（Ｓ４）を送信する。

移動局６は、存在確認メッセージを受け取ると、移動体の種別（ｍ）、ＧＰＳ３４により得られた移動体の位置、及び移動体の速度情報を含む存在応答メッセージ（Ｓ５）をＬ側の無線信号により返信する。

基地局１−１は、移動局６から存在応答メッセージ（Ｓ５）が返信されてきた場合、操作監視装置４に対して接続発生通知（Ｓ６）を送信する。また基地局１−１は、シミュレーション装置１２に対して使用する無線周波数の問い合わせ（Ｓ７）を行う。シミュレーション装置１２は、モデリング／ＧＵＩ装置３を用いて、予め設定された道路情報などに基づく電波強度算出方式を使用し、送受信に使用すべき無線周波数の選定を行い、応答（Ｈ／Ｌ）（Ｓ８）を返送する。この電波強度の算出を行う際、基地局１−１と移動局６との距離は基地局１−１内部のＧＰＳ２１により取得された位置情報を基準に算出される。周波数の選定はＨ側を優先使用する。

基地局１−１は、シミュレーション装置１２からの応答（Ｓ８）を受け取り、使用する無線周波数が切り替わる場合は、高周波（Ｈ側）を使用する内容の切り替え要求（Ｓ９）をＨ側の無線周波数を用いて送信する。

移動局６は、切り替え要求（Ｓ９）を受信した後は、Ｈ側をエージェントプログラムに係る送受信のために使用する無線周波数とする。切り替え要求（Ｓ９）が無い場合は、Ｌ側をエージェントプログラムに係る送受信のための無線周波数として用いる。

その後、切り替え要求（Ｓ９）の有無にかかわらず、基地局１−１は、存在応答（Ｓ５）に含まれる種別（ｍ）に対応するエージェントプログラム（Ｓ１０）をＲＡＭ２３から読み出して移動局６に移動させる。移動局６は、エージェントプログラムを内部のＲＡＭ４３に保管し、エージェント動作開始メッセージ（Ｓ１１）を基地局１−１に送信する。基地局１−１は、このメッセージ（Ｓ１１）を受け取った後、動作開始通知（Ｓ１２）を操作監視装置４に送信する。このようにして、移動局６内でエージェントプログラムが実行されることにより、操作監視装置４は、基地局１−１を介して移動局６との間での通信が可能となる。

（エージェント実行時）
図５は、エージェントプログラム実行時及び基地局切り替え時の動作を示すシーケンス図である。

上記図４で示したように、基地局１−１は、移動局６からエージェント動作開始メッセージ（Ｓ１１）を受け取ると、動作開始通知（Ｓ１２）を操作監視装置４に送信する。この動作に引き続き、移動局６にてエージェントプログラムは実行され、移動局６内にて情報取得・演算処理が開始される。例えば、エージェントプログラムは、移動局６内部のセンサ４４により収集された情報をもとに所定の演算処理を行い、演算結果（エージェントデータ）を出力する。

エージェントデータは、移動局６内部のＧＰＳ３４により取得された位置情報、移動体の速度情報等の移動体に関する情報が付加されデータメッセージ（Ｓ１３）として、基地局１−１に送信される。このデータメッセージは、基地局１−１を介して操作監視装置４にデータメッセージ（Ｓ１４）として転送される。操作監視装置４は、このデータメッセージの内容をもとに情報表示を行う。

また、基地局１−１は、再度シミュレーション装置１２に対し使用する無線周波数の問い合わせ（Ｓ７）を行う。シミュレーション装置１２は、送受信に使用すべき無線周波数の選定を行い応答（Ｈ／Ｌ）（Ｓ８）を返す。

基地局１−１は、移動局６に対しエージェント実行継続メッセージ（Ｓ１５）を送信する。このメッセージには、接続無線周波数（Ｈ／Ｌ）の情報は含まず省略している。移動局６は、エージェント実行継続メッセージ（Ｓ１５）受信後は、メッセージには含まれていないが受信無線周波数にて示される周波数に基づきＨ／Ｌを判別してエージェントデータ送信無線周波数を定める。

以降、上述したように、繰り返しデータ送信（Ｓ１３）／シミュレーション問い合わせ（Ｓ７）／結果応答（Ｓ８）／継続指定（Ｓ１５）のメッセージ送受信が行われる。

シミュレーション装置２１は、問い合わせ（Ｓ７）に応じてシミュレーションを行った結果、今後Ｈ／Ｌ共に電波強度値が低下し伝送不可となる可能性が高くなると判断すると終了応答（Ｓ１６）を返す。この場合、基地局１−１からはエージェント動作終了メッセージ（Ｓ１７）が移動局６に送信され、これを受け移動局６はエージェントプログラムの実行を停止する。エージェントプログラムは、終了通知（Ｓ１８）という形で基地局１−１に戻る。終了通知（Ｓ１８）にも位置・速度情報は付加される。その後は、移動局６は、Ｌ側の無線周波数で接続待ち状態となる。

一方、基地局１−１は、終了通知（Ｓ１８）を受け取ると、位置・速度情報を含む接続終了通知（Ｓ１９）を操作監視装置４に送信する。操作監視装置４は、この接続終了通知を受けて、基地局１−１を介して移動局６との通信ができなくなったことを表示する。

基地局１−１では、これに引き続き移動通知（Ｓ２０）を基地局１−２に送信する。基地局１−２では存在確認メッセージ（Ｓ３）をＬ側の無線周波数で移動局に向けて送信する。この移動通知（Ｓ２０）の中に移動体に関する情報（例えば、移動局６からの無線信号の電波強度、移動体の位置・速度情報）が含まれており、基地局１−２では当該移動局６に対応する無線パラメータの制御などを予め実施しておくことが可能となり、応答性の向上・無線データの欠落の低減が見込まれる。エージェントプログラムを使用することで、可変的な情報を収集でき、無線制御方式を高度化し無線データの欠落を低減することが可能となっている。

以降、上記図４にて説明した接続開始・エージェント送付手順が、基地局１−２と移動局６との間で行われる。

以上述べたように、本実施形態では、移動しながらデータを基地局間で引き渡していくようなエージェントプログラムを使用することで、可変的な情報を収集でき、無線制御方式を高度化し無線データの欠落を低減することが可能となる。

また、上述したように、シミュレーション装置を用いて一定時間後の無線強度値を予測し、それに応じて移動局側でのエージェント使用無線周波数を基地局側にて、決定することによりその結果から電波形状や電波出力、電波放出の方向などを変化させて欠落のない無線通信を行うことが可能となる。

上述したように、使用する周波数をＨ側優先とすることにより、データ伝送時間が短く、エラー削減能力が一般的にＬ側周波数無線より高いＨ側周波数無線の使用頻度が高くなり、エージェントデータ伝送時間の短縮、エラー発生回数の削減を図ることができる。

上述したように、移動局側でのエージェント使用無線周波数を基地局側からの要求情報の有無により変化させて、切り替え情報のデータ数を削減することにより、エラー発生の可能性を低くさせ無線品質の向上を図ることができる。

（エージェントプログラムのデータ量の削減）
図６は、エージェントプログラムのデータ量の削減方法を示す図である。

エージェントプログラムは、ソースコードで記述され、コンパイルされることによりオブジェクトコードとなる。オブジェクトコードの内部には冗長的なデータが含まれている場合が多く、共通するデータ内容を予めエージェントプログラムを実行する環境（移動局６）に設けておくとコードサイズを削減することが可能となる。

共通データの例として、エージェントプログラムを実行する上で共通的に使用するパラメータデータ、データ結果送信サブルーチン、センサ取り込み処理サブルーチン、及び頻繁に使われる名称データなどがある。

このようにすることで、無線信号により転送されるエージェントプログラムのデータ量が小さくなることにより、伝送時間の短縮・エラー発生回数の削減を図ることができる。

（変形例１）
なお、上記図４のＳ１０において、基地局１−１から移動局へエージェントプログラムを移動させる際に、当該基地局１−１の設置されている地域や通信状態や周辺環境などに基づいてエージェントプログラムを改変するようにしてもよい。このようにすると、各基地局１の毎に改変されたエージェントプログラムが移動局１で実行され、移動局１において地域や通信状態や周辺環境に応じた特有の情報取得・演算処理を行わせることが可能となる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１−１…基地局、１−２…基地局、３…モデリング／ＧＵＩ装置、４…操作監視装置、５…ＬＡＮ、６…移動局、１１…無線処理ボード、１２…シミュレーション装置、１３…Ｈ無線局、１４…Ｌ無線局、２０…ＣＰＵ、２１…ＧＰＳ、２２…ＲＯＭ、２３…ＲＡＭ、２４…ＬＡＮ−ＩＦ、２５…高速演算ＣＰＵ、２６…ＬＡＮ−ＩＦ、２７…接続ＩＦ、３１…無線処理ボード、３２…Ｈ無線局、３３…Ｌ無線局、３４…ＧＰＳ装置、４１…ＣＰＵ、４２…ＲＯＭ、４３…ＲＡＭ、４４…センサ。

Claims (8)

1. 移動体に設けられる移動局装置と、前記移動体の移動経路に沿って設けられる複数の基地局装置とを具備する無線通信システムであって、
   前記基地局装置は、
   前記移動局装置で実行させるためのエージェントプログラムを前記移動局装置に無線により送信するエージェント送信手段と、
   前記エージェントプログラムが前記移動局装置で実行されることにより前記移動局装置から送られてくる移動体に関する情報をもとに前記移動体との間の無線通信が継続可能か否かを判定する判定手段と、
   前記無線通信が継続できないと判定された場合に、前記移動局装置に前記エージェントプログラムの実行を終了させ、前記移動体の移動方向に隣接する基地局装置に前記移動体に関する情報を通知する通知手段と
   を具備し、
   前記移動局装置は、
   前記基地局装置から送られてくるエージェントプログラムを無線により受信するエージェント受信手段と、
   前記エージェントプログラムを実行することにより得られる前記移動体に関する情報を前記基地局装置に無線により送信する送信手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記基地局装置のエージェント送信手段は、前記移動体の種別に応じたエージェントプログラムを送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記基地局装置は、当該基地局装置の設置されている地域、通信状態及び周辺環境の少なくとも１つに基づいて前記エージェントプログラムを改変するエージェント改変手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
4. 前記移動局装置は、前記エージェントプログラムによって共通に用いられる共通データを予め記憶し、
   前記基地局装置のエージェント送信手段は、前記共通データが削減されたエージェントプログラムを前記移動局装置へ送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
5. 移動体に設けられる移動局装置と、前記移動体の移動経路に沿って設けられる複数の基地局装置とを具備する無線通信システムに用いられる方法であって、
   前記基地局装置において、
   前記移動局装置で実行させるためのエージェントプログラムを前記移動局装置に無線により送信し、
   前記エージェントプログラムが前記移動局装置で実行されることにより前記移動局装置から送られてくる移動体に関する情報をもとに前記移動体との間の無線通信が継続可能か否かを判定し、
   前記無線通信が継続できないと判定された場合に、前記移動局装置に前記エージェントプログラムの実行を終了させ、前記移動体の移動方向に隣接する基地局装置に前記移動体に関する情報を通知し、
   前記移動局装置おいて、
   前記基地局装置から送られてくるエージェントプログラムを無線により受信し、
   前記エージェントプログラムを実行することにより得られる前記移動体に関する情報を前記基地局装置に無線により送信することを特徴とする無線通信方法。
6. 前記基地局装置において、前記移動体の種別に応じたエージェントプログラムを送信することを特徴とする請求項５記載の無線通信方法。
7. 前記基地局装置において、当該基地局装置の設置されている地域、通信状態及び周辺環境の少なくとも１つに基づいて前記エージェントプログラムを改変することをさらに特徴とする請求項５記載の無線通信方法。
8. 前記移動局装置において、前記エージェントプログラムによって共通に用いられる共通データを予め記憶し、
   前記基地局装置において、前記共通データが削減されたエージェントプログラムを前記移動局装置へ送信することを特徴とする請求項５記載の無線通信方法。

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