JP2013176148A - 通信制御装置、路側通信機、通信制御方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 移動通信機３の台数に応じて路側通信機２の送信時間を変更できるようにして、移動通信機３と共存する通信帯域の有効利用を図る。
【解決手段】 本発明は、少なくとも１つの路側通信機２が無線送信を行う第１時間帯Ｔ１を時分割で割り当て、それ以外の第２時間帯Ｔ２を移動通信機３による無線送信のために開放する通信制御装置に関する。この通信制御装置は、路側通信機２の通信エリアＡに存在する移動通信機３の台数を判定する判定手段２３Ｂと、移動通信機３の台数に応じて単位時間当たりの第１時間帯Ｔ１の長さ（スロット長）を設定するスロット割当手段２３Ｃと、を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）の構成要素として好適な通信制御装置とこれを備えた路側通信機に関する。より具体的には、その路側通信機におけるスロット割当の改良に関する。

近年、交通安全の促進や交通事故の防止を目的として、道路に設置されたインフラ装置からの情報を受信し、この情報を活用することで車両の安全性を向上させる高度道路交通システムが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
かかる高度道路交通システムは、主として、インフラ側の無線通信装置である複数の路側通信機と、各車両に搭載される無線通信装置である複数の車載通信機とによって構成される。

この場合、各通信主体間で行う通信の組み合わせには、路側通信機同士が行う路路間通信と、路側通信機と車載通信機とが行う路車（又は車路）間通信と、車載通信機同士が行う車車間通信とが含まれる。

特許第２８０６８０１号公報

上記高度道路交通システムにおいては、車車間通信をはじめ、路車間通信や路路間通信及び路歩間通信も含め、これらの各通信の共存を図るに当たって、帯域を有効利用してどのような通信制御を行うかが課題となる。そこで、限られた周波数帯域内で路路間、路車間及び車車間の各通信を行うべく、マルチアクセス(Multiple Access)が用いられることが検討されている。

このマルチアクセス方式としては、周波数分割多重（ＦＤＭＡ：Frequency Division Multiple Access）や符号分割多重（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）があるが、山間部などで少数の車載通信機のみでの通信も想定される車車間通信としてのマルチアクセス方式としては、例えばＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）に代表される自律的なランダムアクセス方式を採用するのが好ましい。

しかし、路側通信機が存在するエリアでは、路車間通信、路路間通信及び車車間通信が共存する。この場合、インフラ側である路側通信機の取り扱う情報の優先度が高いのが一般的であるため、車車間通信よりも路車間通信や路路間通信が優先的に行われる仕組みが必要である。
そこで、路側通信機の情報送信を優先的に行うためには、通信に用いる周波数を一定時間ごとに時分割して路側通信機の送信専用の時間スロットを設ける、時分割多重（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）によるマルチアクセスが有効となる。

従って、例えば、交差点ごとに設置された複数の路側通信機群で構成される通信システムを想定すると、各路側通信機が送信するタイムスロットをＴＤＭＡ方式で割り当て、残ったタイムスロットをＣＳＭＡ方式による車車間通信に使用させるのが、合理的な通信システムになると考えられる。
なお、この場合、各路側通信機からの送信タイミングを制御するため、各路側通信機は他の路側通信機との時刻同期機能を有している必要がある。

そこで、ＩＴＳ用の通信帯域としては、７００ＭＨｚ帯で概ね１０ＭＨｚ幅とする規格が検討されているが、このような比較的狭い帯域幅の場合には、路側通信機の電波が到達する通信エリアにおいて、通信帯域を如何に有効利用するかが問題となる。
すなわち、上記のような路側の送信制御のためのＴＤＭＡ方式と、車車間でのマルチアクセスのためのＣＳＭＡ方式が混在する高度道路交通システムにおいて、例えば、路側通信機に割り当てる送信時間が常に一定であると、通信エリア内の車両台数が比較的少ないために、車載通信機に必要な送信時間が短くて済む場合でも、車載通信機に無駄な送信時間が与えられることになる。

また、逆に、通信エリア内の車両台数が比較的多いために、車載通信機に必要な送信時間が不足する場合でも、路側通信機に所定の送信時間が確保されてしまい、路側通信機に無駄な送信時間が与えられることになる。なお、車載通信機は、車両や歩行者等を含む各種移動体に設けられる移動通信機の一種である。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、移動通信機の台数に応じて路側通信機の送信時間を変更できるようにして、移動通信機と共存する通信帯域の有効利用を図ることができる通信制御装置とこれを備えた路側通信機を提供することを目的とする。

本発明の通信制御装置（請求項１）は、少なくとも１つの路側通信機が無線送信を行う第１時間帯を時分割で割り当て、それ以外の第２時間帯を移動通信機による無線送信のために開放する通信制御装置であって、前記路側通信機の通信エリアに存在する前記移動通信機の台数を判定する判定手段と、前記移動通信機の台数に応じて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定するスロット割当手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明の路側通信機によれば、上記スロット割当手段が、路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機の台数に応じて、単位時間当たりの第１時間帯の長さを設定するので、例えば、移動通信機の台数が通常より少ない場合に第１時間帯を長めに設定し、逆に、その台数が通常より多い場合に第１時間帯を短めに設定することにより、移動通信機と路側通信機とが共存する通信帯域の有効利用を図ることができる。

本発明の通信制御装置は、更に、前記路側通信機が提供すべき複数種類の提供情報に含まれる一部の種類の前記提供情報を、前記第１時間帯に送信する送信データとして選択可能なデータ選択手段を備えていることが好ましい（請求項２）。
この場合、複数種類の提供情報に含まれる一部の提供情報を送信データとして選択するので、第１時間帯の長短に関係なく必ず選択されるべき重要な提供情報（例えば、移動通信機に有用なリアルタイム性の高い情報等）を予め決定しておくことで、その重要な提供情報を優先的に送信することができる。

また、本発明の通信制御装置において、前記データ選択手段は、前記スロット割当手段が前記第１時間帯を以前よりも長めに変更した場合に、以前に選択しなかった種類の前記提供情報のうちの１つ又は複数を、当該第１時間帯に送信する送信データとして選択することが好ましい（請求項３）。
この場合、第１時間帯が長めに変更されて時間的余裕が生じた場合に限り、残りの種類の提供情報が第１時間帯に送信されるので、限られた通信帯域を効率的に利用することができる。

更に、本発明の通信制御装置において、前記データ選択手段は、前記提供情報の種類別に予め設定された優先順位に基づいて、前記第１時間帯に送信する送信データとして選択すべき当該提供情報の種類を決定することが好ましい（請求項４）。
この場合、第１時間帯で送信すべき提供情報の種類が優先順位に基づいて決定されるので、例えば、移動体の位置及び速度や信号情報のような、リアルタイム性が高いために移動通信機にとって重要な提供情報を高優先に設定することにより、移動通信機に有用な情報を確実に送信することができる。

本発明において、具体的には、前記移動通信機は、開放された前記第２時間帯においてキャリアセンス方式で無線通信を行うものが採用される。
この場合、移動通信機が送信を開始するに当たって、キャリアの空きを検出してから所定の待機時間（バックオフ時間）だけ待つようになっている。従って、通信エリア内の移動通信機の台数が増えると、その台数で必要な送信時間が指数関数的に増加するので、この台数と送信時間との関係を直接関数で特定するのは困難である。

そこで、前記スロット割当手段は、前記移動通信機の台数に対応して当該移動通信機に生じるパケット衝突率又はパケット到達率を推定し、当該率に基づいて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定することが好ましい（請求項５）。
また、前記スロット割当手段は、前記移動通信機の台数と当該移動通信機が１回通信する場合に要する通信時間との積を求め、当該積に基づいて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定することにしてもよい（請求項６）。
この場合、移動通信機の台数に対応する第１時間帯の長さ設定を、簡便かつ適切に行うことができる。

前記した本発明に係る通信制御装置は、路側通信機とは別個にインフラ側に設置されていてもよいが、当該通信制御装置を路側通信機が備えていてもよい（請求項９）。
この場合、子機のスロット割当を行う親機の路側通信機が本発明の通信制御装置を備えていてもよいし、自装置に対するスロット割当を自律的に行う路側通信機が本発明の通信制御装置を備えていてもよい。

以上の通り、本発明によれば、移動通信機の台数に応じて単位時間当たりの第１時間帯（路側通信機の送信時間）の長さを設定するので、移動通信機の台数が少ないほど第１時間帯を長めに設定し、逆に、その台数が多いほど第１時間帯を短めに設定することにより、路側通信機と移動通信機とが共存する通信帯域の有効利用を図ることができる。

高度道路交通システムの全体構成を示す概略斜視図である。 高度道路交通システムの管轄エリアの一部を示す道路平面図である。 路側通信機と車載通信機の内部構成を示すブロック図である。 タイムスロットの一例を示す概念図であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、第１スロットのスロット長が「長」、「中」及び「短」の場合を示す。 車載通信機が送信するデータフォーマットの一例を示す図である。 路側通信機の制御部が行う制御処理を示すフローチャートである。 車載機台数とパケット衝突率との関係を示すグラフである。

〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る高度道路交通システム（ＩＴＳ）の全体構成を示す概略斜視図である。なお、本実施形態では、道路構造の一例として、南北方向と東西方向の複数の道路が互いに交差した碁盤目構造を想定している。
図１に示すように、本実施形態の高度道路交通システムは、交通信号機１、路側通信機２、車載通信機３（図２及び図３参照）、中央装置４、車載通信機３を搭載した車両５、及び、車両感知器や監視カメラ等よりなる路側センサ６を含む。

交通信号機１と路側通信機２は、複数の交差点Ｊｉ（図例では、ｉ＝１〜１２）のそれぞれに設置されており、電話回線等の通信回線７を介してルータ８に接続されている。このルータ８は交通管制センター内の中央装置４に接続されている。
中央装置４は、自身が管轄するエリアに含まれる各交差点Ｊｉの交通信号機１及び路側通信機２とＬＡＮ（Local Area Network）を構成している。従って、中央装置４は、各交通信号機１及び各路側通信機２との間で双方向通信が可能である。なお、中央装置４は、交通管制センターではなく道路上に設置してもよい。

路側センサ６は、各交差点Ｊｉに流入する車両台数をカウントする等の目的で、管轄エリア内の道路の各所に設置されている。この路側センサ６は、直下を通行する車両５を超音波感知する車両感知器、或いは、道路の交通状況を時系列に撮影する監視カメラ等よりなり、感知情報Ｓ４や画像データＳ５は通信回線７を介して中央装置４に送信される。
なお、図１及び図２では、図示を簡略化するために、各交差点Ｊｉに信号灯器が１つだけ描写されているが、実際の各交差点Ｊｉには、互いに交差する道路の上り下り用として少なくとも４つの信号灯器が設置されている。

〔中央装置〕
中央装置４は、ワークステーション（ＷＳ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等よりなる制御部を有している。この制御部は、路側通信機２、路側センサ６からの各種の交通情報の収集・処理（演算）・記録、信号制御及び情報提供を統括的に行う。
具体的には、中央装置４の制御部は、自身のネットワークに属する交差点Ｊｉの交通信号機１に対して、同一道路上の交通信号機１群を調整する系統制御や、この系統制御を道路網に拡張した広域制御（面制御）を行うことができる。

また、中央装置４は、通信回線７を介してＬＡＮ側と接続された通信インタフェースである通信部を有しており、この通信部は、交通信号機１の信号灯器の切り替えタイミングに関する信号制御指令Ｓ１や、渋滞情報等を含む交通情報Ｓ２を所定時間ごとに交通信号機１及び路側通信機２に送信している（図１参照）。
信号制御指令Ｓ１は、前記系統制御や広域制御を行う場合の信号制御パラメータの演算周期（例えば、１．０〜２．５分）ごとに送信され、交通情報Ｓ２は、例えば５分ごとに送信される。

また、中央装置４の通信部は、各交差点Ｊｉに対応する路側通信機２から、その通信機２が車載通信機３から受信した車両５の現在位置等を含む車両情報Ｓ３、車両通過時に生じるパルス信号よりなる車両感知器の感知情報Ｓ４、及び、監視カメラが撮影した道路のデジタル情報よりなる画像データＳ５等を、ほぼリアルタイム（例えば、０．１〜１．０秒周期）で受信しており、中央装置４の制御部は、これらの各種情報に基づいて前記系統制御や広域制御を実行する。

〔無線通信の方式等〕
図２は、上記高度道路交通システムの管轄エリアの一部を示す道路平面図である。
なお、図２では、交差点Ｊｉに流入する各道路Ｒの各々が上りと下りで片側１車線のものとして例示されているが、道路構造はこれに限られるものではない。
図２にも示すように、本実施形態の高度道路交通システムは、車載通信機３との間で無線通信が可能な複数の路側通信機２と、キャリアセンス方式で他の通信機２，３と無線通信を行う移動無線送受信機の一種である車載通信機３とを備えている。

複数の路側通信機２は、それぞれ路側の交差点Ｊｉごとに設置されていて、図１及び図２の例では交通信号機１の支柱に取り付けられている。一方、車載通信機３は、道路を走行する各車両５にそれぞれ搭載されている。
各路側通信機２は、その周囲に広がる通信エリアＡ（路側通信機２の送信信号が十分に届く範囲）をそれぞれ有し、自身の通信エリアＡを走行する車両５の車載通信機３との無線通信が可能である。また、各路側通信機２は、通信エリアＡが重複（一部重複でも全部重複でもよい。）する他の路側通信機２とも無線通信が可能である。

本実施形態の高度道路交通システムでは、路側通信機２同士（路路間通信）については無線通信が用いられ、また、路側通信機２と車載通信機３との間（「路」から「車」への路車間通信と「車」から「路」への車路間通信との双方を含む。）と車載通信機３同士（車車間通信）についても、無線通信が用いられている。
前記した通り、交通管制センターに設けられた中央装置４は、各路側通信機２と有線での双方向通信が可能となっているが、これらの間も無線通信であってもよい。

路側通信機２は、自身が無線送信するためのタイムスロット（第１時間帯）をＴＤＭＡ方式で割り当てており、このタイムスロット以外の時間帯（第２時間帯）には無線送信を行わない。従って、路側通信機２用のタイムスロット以外の時間帯は、車載通信機３のためのＣＳＭＡ方式による送信時間として開放されている。
また、路側通信機２は、自身の送信タイミングを制御するために他の路側通信機２との時刻同期機能を有している。この路側通信機２の時刻同期は、例えば、自身の時計をＧＰＳ時刻に合わせるＧＰＳ同期や、自身の時計を他の路側通信機２からの送信信号に合わせるエア同期等によって行われる。

なお、本実施形態では、後述の通り、路側通信機２が自装置に対するスロット割当を自律的に行う場合を例示するが、複数の路側通信機２の中から１つの親機を予め選定しておき、この親機が、自身が管理する子機同士で電波干渉が生じない送信タイミングとなるように、子機に対する総括的なスロット割当を行うことにしてもよい。
また、本実施形態では、後述の判定手段２３Ｂやスロット割当手段２３Ｃ等を要旨とする本発明の「通信制御装置」を、各路側通信機２に搭載した場合を例示するが、その通信制御装置は、上記親機となる路側通信機２のみに設けてもよいし、路側通信機２とは別個に路側に設置することにしてもよい。

〔路側通信機の構成〕
図３は、路側通信機２と車載通信機３の内部構成を示すブロック図である。
このうち、路側通信機２は、無線通信のためのアンテナ２０が接続された無線通信部（送受信部）２１と、中央装置４と双方向通信する有線通信部２２と、それらの通信制御を行うプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等よりなる制御部２３と、制御部２３に接続されたＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置よりなる記憶部２４とを備えている。

路側通信機２の記憶部２４は、制御部２３が実行する通信制御等のためのコンピュータプログラムや、各通信機２，３の通信機ＩＤ等を記憶している。
路側通信機２の制御部２３は、上記コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、データ転送手段２３Ａと判定手段２３Ｂとを備えている。
このうち、データ転送手段２３Ａは、有線通信部２２が中央装置４から受信した渋滞情報等の交通情報Ｓ２を、いったん記憶部２４に一時的に記憶させ、無線通信部２１を介して車載通信機３に対してブロードキャスト送信する。

また、データ転送手段２３Ａは、無線通信部２１が受信した車載通信機３の車両情報（車両５の位置、速度及び方向等）Ｓ３を、いったん記憶部２４に一時的に記憶させ、有線通信部２２を介して中央装置４に転送する。
一方、制御部２３の判定手段２３Ｂは、自装置の通信エリアＡに存在する車載通信機３の台数を判定するものである。この車載通信機３の台数（以下、車載機台数という。）の判定は、例えば、自装置の無線通信部２１が受信した各車載通信機３からの車両情報Ｓ３に含まれる通信機ＩＤを計数することによって行うことができる。

また、車載機台数の判定は、近隣に位置する路側センサ６である光ビーコンで受信した通信機ＩＤを計数したり、路側センサ６である監視カメラによる画像データＳ５に含まれる車両台数を計数したりすることによって行うこともできる。
もっとも、画像データＳ５から車両台数を計数する方法では、その車両台数が車載機台数と等しくない場合（一部の車両５しか車載通信機３を搭載していない場合）には、正確な車載機台数を見積もることができないので、通信機ＩＤを計数する方法が好ましい。

〔路側通信機のスロット割当機能〕
図３に示すように、路側通信機２の制御部２３は、前記コンピュータプログラムの実行によって達成される機能部として、更に、スロット割当手段２３Ｃとデータ選択手段２３Ｄとを備えている。
このうち、スロット割当手段２３Ｃは、自身の路側通信機２からの送信用のタイムスロットＴ１を所定の周期Ｃで繰り返すように生成している。

図４は、スロット割当手段２３Ｃが生成するタイムスロットの一例を示す概念図である。図４に示すように、このタイムスロットは、第１スロット（第１時間帯）Ｔ１とそれ以外の第２スロット（第２時間帯）Ｔ２とを含み、これらの各スロットＴ１，Ｔ２の合計期間が一定の周期Ｃで繰り返すようになっている。
第１スロットＴ１は、路側通信機２用のタイムスロットであり、この時間帯においては路側通信機２による無線送信が許容される。

第１スロットＴ１には、スロット番号ｉが付されており、このスロット番号ｉは周期的に繰り返すようにインクリメント又はデクリメントされる。また、第２スロットＴ２は、車載通信機３用のタイムスロットである。この時間帯は車載通信機３による無線送信用として開放するため、路側通信機２は第２スロットＴ２では無線送信を行わない。
本実施形態のスロット割当手段２３Ｃは、判定手段２３Ｂで判定された車載機台数に対応して、第１スロットＴ１のスロット長を設定するスロット長変更機能を有する。

すなわち、図４に示す例では、本実施形態のスロット割当手段２３Ｃは、通信エリアＡに存在する車載機台数に応じて、単位時間（周期Ｃ）当たりの第１スロットＴ１の長さを「長（図４（ａ））」、「中（図４（ｂ））」及び「短（図４（ｃ）」の３段階のいずれかに設定する機能を有するが、このスロット長の設定処理については後述する。
なお、第１スロットＴ１のスロット時間が短めに設定されると、その分だけ車載通信機３用の第２スロットＴ２の時間帯が増えるので、キャリアセンス方式で無線通信する車載通信機３の送信機会が増加することになる。また、第１スロットＴ１の設定長の段階数は、図例の３段階に限るものでななく、２段階や４段階以上であってもよい。

更に、本実施形態のスロット割当手段２３Ｄは、車載通信機３にスロット割当の結果を通知するための割当情報Ｓ７（図３参照）を生成する。この割当情報Ｓ７には、スロット番号ｉと、このスロット番号ｉに対応する第１スロットＴ１の開始時刻及び継続時間と、路側通信機２の通信機ＩＤとが含まれている。
制御部２３のデータ転送手段２３Ａは、生成された割当情報Ｓ７を、無線通信部２１を介して自身の通信エリアＡに無線送信する。

なお、割当情報Ｓ７は、すべての車載通信機３において認知しておく必要があるので、第１スロットＴ１の時間帯に必ず送信される。
通信エリアＡを通行する車両５の車載通信機３は、上記割当情報Ｓ７を受信すると、その割当情報Ｓ７に記された第１スロットＴ１以外の時間帯（図５の第２スロットＴ２）でキャリアセンス方式による無線送信を行う。

〔路側通信機のデータ選択機能〕
一方、制御部２３のデータ選択手段２３Ｄは、路側通信機２が自身の無線通信部２１を通じて外部に提供すべき複数種類の提供情報Ｓ６（図３参照）の中から、全部又は一部の種類の提供情報Ｓ６を選択し、この選択された情報を、第１スロットＴ１において無線通信部２１から送信する送信データに含めるものである。
路側通信機２の無線通信部２１から送信される提供情報Ｓ６の種類には、例えば、次のものがある。

すなわち、上記提供情報Ｓ６には、例えば、時刻情報、信号情報、車両情報、緊急情報、道路形状情報、コマーシャル情報及び地域情報が含まれる。
このうち、時刻情報は、路側通信機２が捕捉している現在時刻であり、信号情報は、有線通信部２２を通じて得られた信号制御指令Ｓ１に含まれる、信号灯器の切り替えタイミングである。また、車両情報は、各車載通信機３から得られた車両５の位置、速度及び方向である。

更に、緊急情報は、災害、事故及び緊急車両の通過など、ドライバに緊急に通知する必要がある情報であり、道路形状情報は、路側通信機２の近隣の道路線形に関する地図情報である。
また、コマーシャル情報は、路側通信機２の近隣にある企業や施設の広告情報であり、施設情報は、路側通信機２の近隣にある病院や役所等の施設の案内情報である。

上記提供情報Ｓ６の種類には、交通量情報、路側通信機の監視情報、交通管制センター（中央装置４）への交通ログ情報が含まれていてもよい。
このうち、交通量情報は、下流の交差点Ｊｉへの車両５の流入台数であり、路側通信機の監視情報は、例えば隣接する路側通信機２同士での電波干渉や異常の有無に関する情報であり、交通ログ情報は、中央装置４が前記系統制御や広域制御を行うために必要な、各車両５の車両情報Ｓ３等である。

路側通信機２の記憶部２４は、上記提供情報Ｓ６の種類に応じた優先順位を予め記憶している。
この優先順位は、情報のリアルタイム性や緊急性の観点から予め複数に段階設定されており、例えば、時刻情報、信号情報及び車両情報については、リアルタイム性が極めて高いので、優先順位が「高」に設定されている。また、緊急情報は、緊急性が極めて高いことから、優先順位が「高」に設定されている。

一方、道路形状情報は、時刻情報や信号情報ほどのリアルタイム性は要求されないが、例えば車両５でのナビゲーションシステムに有用であるから、優先順位が「中」に設定されている。
また、コマーシャル情報と地域情報については、リアルタイム性が低くかつ車両５にとっての重要度も低いので、優先順位が「低」に設定され、交通量情報、路側通信機の監視情報、及び交通ログ情報についても、同じ理由で優先順位が「低」に設定されている。

本実施形態のデータ選択手段２３Ｄは、記憶部２４が記憶する上記優先順位に基づいて、第１スロットＴ１において送信する送信データとして選択すべき提供情報Ｓ６の種類を決定する選択処理を実行する。なお、この選択処理の詳細についても後述する。

〔車載通信機〕
図３に戻り、車載通信機３は、無線通信のためのアンテナ３０に接続された通信部（送受信部）３１と、この通信部３１に対する通信制御を行うプロセッサ等よりなる制御部３２と、この制御部３２に接続されたＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置よりなる記憶部３３とを備えている。
記憶部３３は、制御部３２が実行する通信制御のためのコンピュータプログラムや、各通信装置２，３の通信機ＩＤ等を記憶している。

車載通信機３の制御部３２は、車車間通信のためのキャリアセンス方式による無線通信を通信部３１に行わせるものであり、路側通信機２との間の時分割多重方式での通信制御機能は有していない。
従って、車載通信機３の通信部３１は、所定の搬送波周波数の受信レベルを常時感知しており、その値がある閾値以上である場合は無線送信を行わず、当該閾値未満になった場合にのみ無線送信を行うようになっている。

なお、車載通信機３の制御部３２は、車両５（車載通信機３）の現時の位置、速度及び方向等を含む車両情報Ｓ３を、通信部３１を介して外部にブロードキャストで無線送信させている。
また、車載通信機３の制御部３２は、他の車両５から直接受信した車両情報Ｓ３や、路側通信機２から受信した提供情報Ｓ６に含まれる、他の車両５の現時の位置、速度及び方向に基づいて、右直衝突や出合い頭衝突等を回避するための安全運転支援制御を行うことができる。

図５は、車載通信機３が送信するデータフォーマットの一例を示す図である。
図５に示すように、車載通信機３の送信信号には、プリアンブル、ヘッダ、データ、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）が含まれている。
このうち、データには、車両５の位置、方向（進行方向）及び速度が含まれるが、路側通信機２からの送信信号を受信した場合の受信レベルを含めることもできる。車両５の位置や方向は、通常は、ＧＰＳ等の車両５側のセンサ類が自律的に測定した情報であるが、光ビーコン等のインフラ側から取得可能な場合もある。速度は、車両５の速度センサに基づいた情報である。

〔路側通信機による制御処理〕
図６は、路側通信機２の制御部２３が実行する制御処理を示すフローチャートである。
図６に示すように、制御部２３の判定手段２３Ｂは、自装置の通信エリアＡに存在する車載機台数を常時判定している（図６のステップＳＴ１）。この台数の判定は、前記した通り、無線通信部２１が受信した各車載通信機３からの車両情報Ｓ３に含まれる通信機ＩＤを計数すること等によって行われる。

〔スロット長の設定処理〕
次に、上記判定によって得られた車載機台数に基づいて、制御部２３のスロット割当手段２３Ａが、第１スロットＴ１のスロット長を図４（ａ）に示す「長」、図４（ｂ）に示す「中」、及び、図４（ｃ）に示す「短」のうちのいずれかに１つに設定する。
ところで、本実施形態では、路側通信機２で開放された第２スロットＴ２において、車載通信機３がキャリアセンス方式で無線通信を行う場合を想定しており、この場合、車載通信機３が送信を開始するに当たって、キャリアの空きを検出してから所定の待機時間（バックオフ時間）だけ待つようになっている。

従って、例えば、通信エリアＡ内の車載機台数が増えると、その台数で必要な送信時間も指数関数的に増加するので、この台数と送信時間との関係を直接関数で特定するのは困難である。
そこで、本実施形態では、例えば図７に示すような、通信エリアＡ内の車載機台数Ｎと車載通信機３でのパケット衝突率Ｒとの関係を事前の実験等によって予め取得しており、この関係を記憶部２４に予め記憶させている。

なお、上記パケット衝突率Ｒの計算方法の一例としては、例えば、路側通信機２が所定の閾値以上の受信レベルで受信した全信号数から当該路側通信機２が受信したパケット数を減算し、その減算値を当該全パケット数で除算することによって見積もる方法がある。
このため、路側通信機２の制御部２３において上記の演算を逐次行うことにより、図７に示す関数関係を動的に更新することもできる。

そして、制御部２３のスロット割当手段２３Ｃは、図７に示す関数関係に対して、パケット衝突率Ｒに関する大小２つの閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２を適用し、現状の車載機台数Ｎに適した第１スロットＴ１のスロット長を設定する。
すなわち、スロット割当手段２３Ｃは、判定手段２３Ｂで判定された車載機台数Ｎが、パケット衝突率Ｒが小さい方の閾値Ｔｈ１（図７の例では５％）未満となる範囲にある場合（Ｒ＜Ｔｈ１）には、第１スロットＴ１のスロット長を「長」（図４（ａ）参照）に設定する。

また、スロット割当手段２３Ｃは、判定手段２３Ｂで判定された車載機台数Ｎが、パケット衝突率Ｒが小さい方の閾値Ｔｈ１以上でかつ大きい方の閾値Ｔｈ２未満となる範囲にある場合（Ｔｈ１≦Ｒ＜Ｔｈ２）には、第１スロットＴ１のスロット長を「中」（図４（ｂ）参照）に設定し、パケット衝突率Ｒが大きい方の閾値Ｔｈ２以上となる範囲にある場合（Ｔｈ２≦Ｒ）には、第１スロットＴ１のスロット長を「短」（図４（ｃ）参照）に設定する。

上記の通り、本実施形態の路側通信機２によれば、スロット割当手段２３Ｃが、車載機台数Ｎが少ないほど第１スロットＴ１を長めに設定するので、通信エリアＡ内の車載機台数Ｎが比較的少ないために、車載通信機３に必要な送信時間が短くて済む場合に、その余剰時間を路側通信機２の送信時間に割り当てることができる。
また、スロット割当手段２３Ｃは、車載機台数Ｎが多いほど第１スロットＴ１を短めに設定するので、車載通信機３の送信時間が不足がちの場合には、路側通信機２の送信時間を抑えて車載通信機３の送信時間を増加させることができる。
このように、本実施形態の路側通信機２によれば、車載通信機３と共通する通信帯域の有効利用を図ることができる。

なお、スロット割当手段２３において、車載機台数Ｎと車載通信機３が１回通信する場合に要する通信時間ΔＴとの積を、スロット長の変更を行うか否かの判定パラメータとすることもできる。この通信時間ΔＴは、車載通信機３が送信するパケット長や送信速度が予め規格等で決まっている場合には、一定値として記憶部２４に記憶させておけばよい。
そして、例えば、Ｎ×ΔＴが所定の閾値以上である場合には、第１スロットＴ１のスロット長を短く設定し、Ｎ×ΔＴが所定の閾値未満である場合には、第１スロットＴ１のスロット長を長く設定すればよい。
また、パケット衝突率Ｒの代わりに、パケット到達率をスロット長の変更を行うか否かの判定パラメータとすることもできる。この場合には、パケット衝突率Ｒの場合とは逆に、パケット到達率が所定の閾値よりも低いならば第１スロットＴ１のスロット長を短く設定し、パケット到達率が所定の閾値よりも高いならば第１スロットＴ１のスロット長を長く設定すればよい。

上記のようにして、第１スロットＴ１のスロット長が変更された場合には、スロット割当手段２３は更に前記割当情報Ｓ７を生成して、無線通信部２１を通じて通信エリアＡに送信する（図６のステップＳＴ３）。

〔データ選択処理〕
次に、制御部２３のデータ選択手段２３Ｄは、第１スロットＴ１のスロット長が変更された場合に、前記した複数種類の提供情報Ｓ６の中から、送信すべき送信データを選択する選択処理を実行する（図６のステップＳＴ４）。
この選択処理は、提供情報Ｓ６の種類別に設定された前記優先順位に基づいて行われ、優先順位が「高」である提供情報Ｓ６（例えば、時刻情報や信号情報等）については、第１スロットＴ１のスロット長の長短に関係なく、常に、送信データとして選択される。

すなわち、第１スロットＴ１のスロット長が図４（ａ）〜（ｃ）に示す「長」、「中」及び「短」のいずれの場合も、優先順位が「高」である提供情報Ｓ６が路側通信機２から送信される。
一方、データ選択手段２３Ｄは、優先順位が「中」である提供情報Ｓ６（例えば、道路形状情報）については、第１スロットＴ１のスロット長が図４（ａ）及び（ｂ）に示す「長」及び「中」の場合に送信データとして選択し、第１スロットＴ１のスロット長が図４（ｃ）に示す「短」の場合には、送信データとして選択しない。

更に、データ選択手段２３Ｄは、優先順位が「低」である提供情報Ｓ６（例えば、コマーシャル情報や施設情報等）については、第１スロットＴ１のスロット長が図４（ａ）に示す「長」の場合にのみ送信データとして選択し、第１スロットＴ１のスロット長が図４（ｂ）に示す「中」や図４（ｃ）に示す「短」の場合には、送信データとして選択しない。

このように、本実施形態の路側通信機２によれば、複数種類の提供情報Ｓ６に含まれる一部の提供情報Ｓ６を送信データとして選択するに当たり、第１スロットＴ１の長短に関係なく必ず選択すべき重要な提供情報Ｓ６が予め設定されているので、重要な提供情報Ｓ６を優先的に送信することができる。
また、本実施形態の路側通信機２によれば、第１スロットＴ１のスロット長が長めに変更されて時間的余裕が生じた場合に限って、それまで送信されていなかった優先順位が高くない提供情報Ｓ６を第１スロットＴ１において送信するので、限られた通信帯域を効率的に利用できるという利点もある。

〔その他の変形例〕
今回開示した各実施形態は本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲とその構成と均等な意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態の高度道路交通システムおいて、車載通信機３の代わりに或いは車載通信機３に加えて、歩行者等が携帯する通信機（携帯通信端末）を用いることもできる。もっとも、この場合には、その携帯通信端末が、上記実施形態の車載通信機３の場合と同様に、路側通信機２の送信時間（第１スロットＴ１）中においては無線送信を行わないという規約に従う必要がある。

１ 交通信号機
２ 路側通信機（通信制御装置）
３ 車載通信機（移動通信機）
４ 中央装置
５ 車両（移動体）
６ 路側センサ
７ 通信回線
８ ルータ
２０ アンテナ
２１ 無線通信部
２２ 有線通信部（取得手段）
２３ 制御部
２３Ａ データ転送手段
２３Ｂ 判定手段
２３Ｃ スロット割当手段
２３Ｄ データ選択手段
２４ 記憶部
３０ アンテナ
３１ 通信部
３２ 制御部
３３ 記憶部
Ｔ１ 第１スロット（第１時間帯）
Ｔ２ 第２スロット（第２時間帯）
Ｓ１ 信号制御情報
Ｓ２ 交通情報
Ｓ３ 車両情報
Ｓ４ 感知情報
Ｓ５ 画像データ
Ｓ６ 提供情報
Ｓ７ 割当情報

本発明は、例えば高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）の構成要素として好適な通信制御装置、路側通信機、通信制御方法、及びコンピュータプログラムに関する。より具体的には、その路側通信機におけるスロット割当の改良に関する。

また、逆に、通信エリア内の車両台数が比較的多いために、車載通信機に必要な送信時間が不足する場合でも、路側通信機に所定の送信時間が確保されてしまい、路側通信機に無駄な送信時間が与えられることになる。なお、車載通信機は、車両や歩行者等を含む各種移動体に設けられる移動通信機の一種である。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、移動通信機の台数に応じて路側通信機の送信時間を変更できるようにして、移動通信機と共存する通信帯域の有効利用を図ることができる通信制御装置、路側通信機、通信制御方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも１つの路側通信機が無線送信を行う第１時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第２時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機にキャリアセンス方式で無線送信させるために開放する通信制御装置であって、前記移動通信機に生じるパケット衝突率又はパケット到達率を推定し、当該率に基づいて、単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定するスロット割当手段を備え、前記スロット割当手段は、時分割多重方式で割り当てられる前記第１時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する。

本発明は、少なくとも１つの路側通信機が無線送信を行う第１時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第２時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機にキャリアセンス方式で無線送信させるために開放する通信制御方法であって、前記移動通信機に生じるパケット衝突率又はパケット到達率を推定し、当該率に基づいて、単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定し、この第１時間帯の長さを設定する際、時分割多重方式で割り当てられる前記第１時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する。

本発明は、少なくとも１つの路側通信機が無線送信を行う第１時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第２時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機にキャリアセンス方式で無線送信させるために開放する通信制御装置として、コンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記移動通信機に生じるパケット衝突率又はパケット到達率を推定し、当該率に基づいて、単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定するステップを備え、前記第１時間帯の長さを設定するステップでは、時分割多重方式で割り当てられる前記第１時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する。

本発明は、少なくとも１つの路側通信機が無線送信を行う第１時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第２時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機にキャリアセンス方式で無線送信させるために開放する通信制御方法であって、前記路側通信機の通信エリアに存在する前記移動通信機の台数を判定し、前記移動通信機の台数に応じて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定し、この第１時間帯の長さを設定する際、時分割多重方式で割り当てられる前記第１時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する。

本発明の通信制御方法によれば、路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機の台数に応じて、単位時間当たりの第１時間帯の長さを設定するので、例えば、移動通信機の台数が通常より少ない場合に第１時間帯を長めに設定し、逆に、その台数が通常より多い場合に第１時間帯を短めに設定することにより、移動通信機と路側通信機とが共存する通信帯域の有効利用を図ることができる。

本発明は、少なくとも１つの路側通信機が無線送信を行う第１時間帯を時分割多重方式で割り当て、それ以外の第２時間帯を、前記路側通信機の通信エリアに存在する移動通信機にキャリアセンス方式で無線送信させるために開放する通信制御装置として、コンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記路側通信機の通信エリアに存在する前記移動通信機の台数を判定するステップと、前記移動通信機の台数に応じて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定するステップとを含み、前記第１時間帯の長さを設定するステップでは、時分割多重方式で割り当てられる前記第１時間帯を、連続する時間帯として、かつ、その連続する時間帯の長さを設定する。

前記した本発明に係る通信制御装置は、路側通信機とは別個にインフラ側に設置されていてもよいが、当該通信制御装置を路側通信機が備えていてもよい。
この場合、子機のスロット割当を行う親機の路側通信機が本発明の通信制御装置を備えていてもよいし、自装置に対するスロット割当を自律的に行う路側通信機が本発明の通信制御装置を備えていてもよい。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの路側通信機が無線送信を行う第１時間帯を時分割で割り当て、それ以外の第２時間帯を移動通信機による無線送信のために開放する通信制御装置であって、
   前記路側通信機の通信エリアに存在する前記移動通信機の台数を判定する判定手段と、
   前記移動通信機の台数に応じて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定するスロット割当手段と、
   を備えていることを特徴とする通信制御装置。
2. 前記路側通信機が提供すべき複数種類の提供情報に含まれる一部の種類の前記提供情報を、前記第１時間帯に送信する送信データとして選択可能なデータ選択手段を備えている請求項１に記載の通信制御装置。
3. 前記データ選択手段は、前記スロット割当手段が前記第１時間帯を以前よりも長めに変更した場合に、以前に選択しなかった種類の前記提供情報のうちの１つ又は複数を、当該第１時間帯に送信する送信データとして選択する請求項２に記載の通信制御装置。
4. 前記データ選択手段は、前記提供情報の種類別に予め設定された優先順位に基づいて、前記第１時間帯に送信する送信データとして選択すべき当該提供情報の種類を決定する請求項２又は３に記載の通信制御装置。
5. 前記移動通信機は、開放された前記第２時間帯においてキャリアセンス方式で無線通信を行うものであり、
   前記スロット割当手段は、前記移動通信機の台数に対応して当該移動通信機に生じるパケット衝突率又はパケット到達率を推定し、当該率に基づいて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信制御装置。
6. 前記移動通信機は、開放された前記第２時間帯においてキャリアセンス方式で無線通信を行うものであり、
   前記スロット割当手段は、前記移動通信機の台数と当該移動通信機が１回通信する場合に要する通信時間との積を求め、当該積に基づいて単位時間当たりの前記第１時間帯の長さを設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信制御装置を備えた路側通信機。

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