JP2018056736A - Radio system for radio type train control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道における無線式列車制御システムの無線システムに関する。 The present invention relates to a radio system for a radio train control system in a railway.
従来から、鉄道において無線を利用して地上と車上との間で安全にかかわる制御情報を交信する無線式列車制御システムが知られている(非特許文献1参照)。図1に示されるように、無線式列車制御システム1は、地上システム2と車上システム3とに大別される(非特許文献2参照)。地上システム2は、地上に設置され、指令所装置21、地上装置22及び無線基地局4等を有する。車上システム3は、車上に設置され、車上制御装置31及び車上無線局5等を有する。指令所装置21は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である(非特許文献2の附属書B参照)。地上装置22は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。車上制御装置31は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム6を介して地上装置22と接続される。無線システム6は、列車無線システムとも呼ばれ、地上装置22と車上制御装置31との間で無線データ伝送を提供するシステムであり、無線基地局4及び車上無線局5を有する。無線基地局4は、地上伝送路を介して地上装置22と接続され、無線によって車上無線局5とのデータ通信を行う。車上無線局5は、車上制御装置31と接続され、無線によって無線基地局4とのデータ通信を行う。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a wireless train control system that communicates control information related to safety between the ground and a vehicle using radio in a railway (see Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 1, the wireless train control system 1 is roughly divided into a ground system 2 and an on-board system 3 (see Non-Patent Document 2). The ground system 2 is installed on the ground and includes a
無線システム6において、無線基地局4は、無線の到達距離に応じて沿線に1か所以上配置され、地上伝送路を介して地上装置とインタフェースする(非特許文献2の4.2参照)。複数の無線基地局4a、4bが沿線に配置されている場合、無線システム6は、列車が無線基地局4のエリア境界を通過する時、地上無線装置41と車上無線装置51との間の交信が継続的に行えるようハンドオーバを行う。
In the
従来から、鉄道において、ハンドオーバーを行う無線システムが知られている。このような無線システムでは、例えば、車上無線局のアンテナの位置がハンドオーバー点を越えた時に無線基地局を切り替える(例えば、特許文献1参照)。また、車両内の無線通信部(車上無線局)がハンドオーバー点を越えると、超えた先の無線基地局経由で情報を通信する無線システムが知られている(特許文献2参照)。いずれの無線システムにおいても、ハンドオーバー点でハンドオーバーが行われる。ハンドオーバー点は、列車の運転方向にかかわらず同じ位置となるように、ハンドオーバー前の無線基地局の通信可能エリアと、ハンドオーバー先の無線基地局の通信可能エリアとが重なるエリア(オーバーラップ)の中間点に設定される(特許文献1の図3、特許文献2の図3参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a radio system that performs handover in a railway is known. In such a wireless system, for example, when the antenna position of the on-board wireless station exceeds the handover point, the wireless base station is switched (for example, see Patent Document 1). In addition, there is a known wireless system that communicates information via a wireless base station beyond a handover point when a wireless communication unit (on-board wireless station) in a vehicle exceeds a handover point (see Patent Document 2). In any radio system, handover is performed at the handover point. The handover point is the same location regardless of the train driving direction, so that the communicable area of the radio base station before the handover and the communicable area of the radio base station of the handover destination overlap (overlapping) ) (See FIG. 3 of Patent Document 1 and FIG. 3 of Patent Document 2).
無線システム6では、データは、分割されて複数のスロットに収容されて通信される(例えば、特許文献3参照)。データの通信は時分割であるので、このスロットは、タイムスロットとも呼ばれる。スロットは、データの通信に必要な通信資源(リソース)である。無線式列車制御システム1の無線システム6では、通信されるデータが安全にかかわる制御情報を含む。このため、図4に示すように、列車Tがハンドオーバー点P1に到達するより前に、ハンドオーバー予備点P2でハンドオーバー先の無線基地局4bのスロットが予約され、ハンドオーバーが行われる時に、データの通信に確実にスロットが割り当てられるようになっている。
In the
無線システム6における従来のハンドオーバー処理について説明する。無線基地局4及び車上無線局5は、データ通信の送受信装置として、それぞれ地上無線装置41及び車上無線装置51を有する(図1参照)。無線基地局4及び車上無線局5は、ハンドオーバーの機能を提供する装置として、それぞれ拠点装置42及び車上装置52を有する。
A conventional handover process in the
無線システム6における従来のハンドオーバーシーケンスを図5に示す。無線基地局4の拠点装置42(42a、42b)は、列車の位置情報を有している。ハンドオーバー前の無線基地局4aの拠点装置42aは、列車Tが所定のハンドオーバー予備点P2に到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局4b、すなわち、次に車上無線局5が通信する地上無線装置41bを判定する。そして、その拠点装置42aは、次の地上無線装置41bにスロットの予約を依頼し、あわせて通信を行う鍵をその地上無線装置41bに交付する。そして、拠点装置42aは、スロットの予約が完了した時、車上無線局5の車上装置52に対し、スロットの予約完了と、次の地上無線装置41bと通信するためのパラメータを伝達する。
A conventional handover sequence in the
車上装置52は、スロットの予約完了の伝達を受けた後、自列車Tがハンドオーバー点P1に到達した時に、ハンドオーバー前の地上無線装置41aに対して通信の終了を通知し、次のタイミングでハンドオーバー先の地上無線装置41bに対して通信を開始する。すなわち、無線基地局4aから無線基地局4bにハンドオーバーが行われる。なお、このハンドオーバーシーケンスにおいて車上無線装置51は役割を有さず、図5における「制御通信」の記載は、ハンドオーバーのタイミングを制御するための通信である。
The on-
上記のハンドオーバー処理を無線基地局4及び車上無線局5のレベルで記載すると、次の通りである。無線基地局4aは、列車Tの位置情報を有し、列車Tが予め設定されたハンドオーバー予備点P2に到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局4bにスロットの予約を依頼し、スロットの予約が完了した時、車上無線局5にスロットの予約完了を伝達する。車上無線局5は、スロットの予約完了の伝達を受けた後、ハンドオーバー点P1に自列車Tが到達した時に、ハンドオーバー前(通信中)の無線基地局4aとの間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局4bとの間の通信に切り替える。
The above handover process is described at the level of the
しかしながら、このようなハンドオーバー処理では、列車Tがハンドオーバー予備点P2に到達した後、ハンドオーバー点P1に到達するまでの間、ハンドオーバー先の無線基地局4bのスロットを予約し、その予約されたスロットが通信に使用されないため、通信資源であるスロットの利用効率が良くない。
However, in such a handover process, after the train T reaches the handover standby point P2, the slot of the handover target
さらに、例えば、事故が発生して列車が団子状態で停車している場合、列車がある地点に集中するので、次の無線基地局4bにスロットの予約依頼が集中する。また、列車が停車しているので、次の地上無線装置41bのスロットを予約しても、その予約された多くのスロットが通信にしばらく使われる見込みがないことになる。このため、通信資源であるスロットの利用効率が著しく良くない。
Furthermore, for example, when an accident occurs and the train stops in a dumpling state, the train concentrates at a certain point, so that slot reservation requests are concentrated at the next
本発明は、上記問題を解決するものであり、列車を制御するための制御情報を無線で通信する無線式列車制御システムの無線システムにおけるハンドオーバー処理において、通信資源の利用効率を向上することを目的とする。 The present invention solves the above problem, and improves the use efficiency of communication resources in a handover process in a wireless system of a wireless train control system that wirelessly communicates control information for controlling a train. Objective.
本発明の無線システムは、列車を制御するための制御情報を無線で通信する無線式列車制御システムの無線システムであって、複数の無線基地局と、車上に設けられて前記無線基地局との間で前記制御情報を含むデータの通信を行う車上無線局とを備え、前記データは、分割されて複数のスロットに収容されて通信され、前記無線基地局は、列車の位置情報を有し、予め設定された切替許可開始点に列車が到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局にスロットの予約を依頼し、スロットの予約が完了した時、前記車上無線局にスロットの予約完了を伝達し、前記車上無線局は、スロットの予約完了の前記伝達を受けた時、自列車の位置を条件とせずに、通信中の無線基地局との間の通信を、ハンドオーバー先の前記無線基地局との間の通信に切り替えることを特徴とする。 A wireless system of the present invention is a wireless system of a wireless train control system that wirelessly communicates control information for controlling a train, and includes a plurality of wireless base stations, and the wireless base station provided on a vehicle. And the on-board radio station that communicates data including the control information between them, the data is divided and accommodated in a plurality of slots, and the radio base station has train position information. When a train arrives at a preset switching permission start point, it requests a slot reservation from the handover destination radio base station, and when the slot reservation is completed, the slot radio station completes the slot reservation. When the on-board radio station receives the completion of the reservation of the slot, the on-board radio station performs communication with the radio base station in communication with the handover destination without using the position of the own train. Communication with the radio base station And switches.
この無線システムにおいて、前記車上無線局は、自列車が前記切替許可開始点に到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局の通信可能エリアを自列車が出ないように自列車を制御することが好ましい。 In this radio system, when the on-board radio station does not receive the completion of the reservation of the slot after the own train has reached the switching permission start point, the on-board radio station determines the communicable area of the radio base station in communication. It is preferable to control the own train so as not to leave.
この無線システムにおいて、前記切替許可開始点は、前記ハンドオーバー先の無線基地局の通信可能エリアの中で、列車が進入する側のエリア端に設定されることが好ましい。 In this wireless system, it is preferable that the switching permission start point is set at an area end on the side where a train enters in a communicable area of the handover destination wireless base station.
この無線システムにおいて、前記無線基地局は、ハンドオーバー先の前記無線基地局にスロットの予約を依頼する時、データの暗号化及び復号化に用いる鍵をハンドオーバー先のその無線基地局に伝送することが好ましい。 In this radio system, the radio base station transmits a key used for data encryption and decryption to the radio base station at the handover destination when requesting the slot reservation to the radio base station at the handover destination. It is preferable.
本発明の無線システムによれば、車上無線局は、スロットの予約完了の伝達を受けた時、自列車の位置を条件とせずに、通信中の無線基地局との間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局との間の通信に切り替えるので、予約されたスロットが使われない時間が短縮され、通信資源であるスロットの利用効率が向上する。 According to the radio system of the present invention, when the on-board radio station receives the notification of the completion of the slot reservation, the on-board radio station performs communication with the radio base station in communication without using the position of the own train as a condition. Since the communication is switched to the over-destination radio base station, the time during which the reserved slot is not used is shortened, and the utilization efficiency of the slot which is a communication resource is improved.
本発明の一実施形態に係る無線システムを図1乃至図3を参照して説明する。図1に示すように、無線式列車制御システム1は、日本工業規格(非特許文献1及び非特許文献2)に規定されている従来の無線式列車制御システムと同様の構成を有し、無線システム6を有する。無線システム6は、前述した従来の無線システムと同様のハードウェア構成を有し、ハンドオーバー処理が異なる。従来の無線システムと同等の箇所には同じ符号を付している。
A wireless system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, a wireless train control system 1 has the same configuration as a conventional wireless train control system defined in Japanese Industrial Standards (Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2), and is wireless.
無線式列車制御システム1は、列車を制御するための制御情報を無線で通信する。無線システム6は、複数の無線基地局4(4a、4b)と、車上無線局5とを備える。車上無線局5は、無線基地局4との間で制御情報を含むデータの通信を行う。そのデータは、分割されて複数のスロットに収容されて通信される。無線基地局4は、列車の位置情報を有する。
The wireless train control system 1 wirelessly communicates control information for controlling a train. The
無線式列車制御システム1の各構成をさらに詳述する。指令所装置21は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である(非特許文献2の附属書B参照)。地上装置22は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。地上装置22は、処理装置、記憶装置等のハードウェアを有し、ソフトウェアを実行することによって動作する。
Each configuration of the wireless train control system 1 will be further described in detail. The
車上制御装置31は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム6を介して地上装置22と接続される。無線システム6は、地上装置22と車上制御装置31との間で無線データ伝送を提供する装置である。無線システム6の無線基地局4は、地上伝送路を介して地上装置22と接続される。無線システム6の車上無線局5は、車上制御装置31と接続され、無線によって無線基地局4とのデータ通信を行う。
The on-vehicle control device 31 is a device that performs monitoring control of a train to be controlled, and is connected to the
指令所装置21、地上装置22及び無線基地局4は、地上に設置されるので、地上システム2と呼ばれる。車上制御装置31及び車上無線局5は、車上に設置されるので、車上システム3と呼ばれる。
The
本実施形態では、無線システム6におけるデータの通信は、時分割であるので、スロットはタイムスロットとも呼ばれる。スロットは、データの通信に必要な通信資源(リソース)である。
In the present embodiment, data communication in the
図2に示すように、列車Tは図2の右方向に走行する。無線基地局4aは、予め設定された切替許可開始点Pに列車Tが到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局4bにスロットの予約を依頼する。
As shown in FIG. 2, the train T travels in the right direction of FIG. When the train T reaches the preset switching permission start point P, the
無線基地局4aは、ハンドオーバー先の無線基地局4bにスロットの予約を依頼する時、データの暗号化及び復号化に用いる鍵を無線基地局4bに伝送する。
When the
そして、無線基地局4aは、無線基地局4bのスロットの予約が完了した時、車上無線局5にスロットの予約完了を伝達する。
Then, the
車上無線局5は、スロットの予約完了の伝達を受けた時、自列車Tの位置を条件とせずに、通信中の無線基地局4aとの間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局4bとの間の通信に切り替える。
When the on-
車上無線局5は、自列車Tが切替許可開始点Pに到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局4aの通信可能エリアを自列車Tが出ないように自列車を制御する。
When the on-
切替許可開始点Pは、ハンドオーバー先の無線基地局4bの通信可能エリアの中で、列車が進入する側のエリア端に設定される。なお、エリア端とは、数学的に厳密な端である必要は無く、列車長及び列車の位置検知誤差等を考慮した精度での実質的な通信エリアの端である。
The switching permission start point P is set at the end of the area on the side where the train enters in the communicable area of the handover destination
無線システム6のハンドオーバー処理についてさらに詳細に説明する。無線基地局4及び車上無線局5は、データ通信の送受信装置として、それぞれ地上無線装置41(41a、41b)及び車上無線装置51を有する(図1参照)。無線基地局4及び車上無線局5は、ハンドオーバーの機能を提供する装置として、それぞれ拠点装置42(42a、42b)及び車上装置52を有する。
The handover process of the
無線基地局4の拠点装置42は、列車の位置情報を有している。図2及び図3に示すように、ハンドオーバー前の無線基地局4aの拠点装置42aは、列車Tが予め設定された切替許可開始点Pに到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局4b、すなわち、次に車上無線局5が通信する地上無線装置41bを判定する。列車Tは線路を上りまたは下りの一方向に走行するので、ハンドオーバー先の無線基地局4bがどの無線基地局4であるかを判定することは容易であり、例えば、ハンドオーバーしていく無線基地局4の順序を予め定め、それを拠点装置42及び車上装置52に記憶しておいてもよい。
The
そして、その拠点装置42aは、拠点装置42bを介して、次の地上無線装置41bにスロットの予約を依頼し、あわせて通信を行う鍵をその地上無線装置41bに交付する。鍵は、暗号鍵である。
Then, the
そして、拠点装置42aは、スロットの予約が完了した時、地上無線装置41aを介して、車上無線局5の車上装置52に対し、スロットの予約完了と、次の地上無線装置41bと通信するためのパラメータを伝達する。
Then, when the slot reservation is completed, the
車上装置52は、通信中の無線基地局4aの通信可能エリアを自列車Tが出て、次の無線基地局4bと通信を行うエリアに自列車Tが進入するすることを許可する(次ゾーン進入許可)。
The on-
車上装置52は、自列車Tの位置を条件とせずに、ハンドオーバー前の地上無線装置41aに対して通信の終了を通知し、次のタイミングでハンドオーバー先の地上無線装置41bに対して通信を開始する。すなわち、無線基地局4aから無線基地局4bにハンドオーバーが行われる。ハンドオーバー前の地上無線装置41aは、通信の終了を通知されると、スロットを解放する。なお、このハンドオーバーシーケンスにおいて車上無線装置51は役割を有さず、図3における「制御通信」の記載は、ハンドオーバーのタイミングを制御するための通信である。
The on-
例外処理として、車上装置52は、自列車Tが切替許可開始点Pに到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局4aの通信可能エリアを自列車Tが出ないように自列車Tを制御する。すなわち、車上装置52は、次ゾーン進入許可を行わない。このような例外は、例えば、事故が発生して列車が団子状態で停車していて、それら全ての列車にはスロットが予約できない場合に生じる。
As an exception process, when the on-
従来のハンドオーバー処理では、列車Tがハンドオーバー予備点P2に到達した後、ハンドオーバー点P1に到達するまでの間は、ハンドオーバー先の無線基地局4bのスロットが予約され、その予約されたスロットが通信に使われなかった(図4参照)。これに対して、本実施形態の無線システム6では、ハンドオーバー先の無線基地局4bのスロットが予約されると、自列車Tの位置を条件とせずにハンドオーバーが行われるので、スロットを予約し、その予約されたスロットが使われないという時間が短縮される(図2参照)。
In the conventional handover process, after the train T reaches the handover reserve point P2, the slot of the
具体的には、従来のハンドオーバー処理では、在来線の場合、ハンドオーバー予備点P2は、ハンドオーバー点P1の手前1kmに設定されるので、列車の最高速度を120km/hとすると、列車Tがハンドオーバー予備点P2に到達した後、ハンドオーバーが行われるまでの時間は、30秒程度となる。列車が停止すると、この時間はもっと長くなる。その長い間、予約されたハンドオーバー先の無線基地局4bのスロットが通信に使われない。
Specifically, in the conventional handover process, in the case of a conventional line, the handover reserve point P2 is set to 1 km before the handover point P1, so that if the maximum speed of the train is 120 km / h, The time from when T reaches the handover reserve point P2 to when the handover is performed is about 30 seconds. This time will be longer if the train stops. For a long time, the slot of the reserved handover destination
これに対して、本実施形態の無線システム6では、列車Tが切替許可開始点Pに到達した後、ハンドオーバーが行われるまでの時間は、拠点装置処理周期、無線装置伝送周期及び車両処理周期から見積もられ、最長10秒、平均7秒程度となる。したがって、予約されたスロットが通信に使われない時間は、従来と比べて1/3以下になる。
On the other hand, in the
以上、本実施形態に係る無線システム6によれば、車上無線局5は、スロットの予約完了の伝達を受けた時、自列車Tの位置を条件とせずに、通信中の無線基地局4aとの間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局4bとの間の通信に切り替えるので、スロットを予約し、その予約されたスロットが使われない時間が短縮され、通信資源であるスロットの利用効率が向上する。
As described above, according to the
車上無線局5は、自列車Tが切替許可開始点Pに到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局4aの通信可能エリアを自列車Tが出ないように自列車Tを制御するので、列車Tを制御するための制御情報を通信できない状態となることが防がれる。
When the on-
切替許可開始点Pは、ハンドオーバー先の無線基地局4bの通信可能エリアの中で、列車Tが進入する側のエリア端に設定されるので、ハンドオーバー処理が可能なエリアが大きくなる。
Since the switching permission start point P is set at the area end on the side where the train T enters in the communicable area of the handover destination
無線基地局4aは、ハンドオーバー先の無線基地局4bにスロットの予約を依頼する時、データの暗号化及び復号化に用いる鍵を無線基地局4bに伝送するので、通信のセキュリティーが確保される。
When the
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、列車Tが図2の左方向に走行し、無線基地局4bから無線基地局4aにハンドオーバーが行われてもよい。また、無線基地局4の数は、3つ以上であってもよい。
In addition, this invention is not restricted to the structure of said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the summary of invention. For example, the train T may travel in the left direction in FIG. 2, and a handover may be performed from the
1 無線式列車制御システム
4、4a、4b 無線基地局
43a、43b 通信可能エリア
5 車上無線局
6 無線システム
P 切替許可開始点
T 列車
1 Radio
Claims (4)
複数の無線基地局と、
車上に設けられて前記無線基地局との間で前記制御情報を含むデータの通信を行う車上無線局とを備え、
前記データは、分割されて複数のスロットに収容されて通信され、
前記無線基地局は、列車の位置情報を有し、予め設定された切替許可開始点に列車が到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局にスロットの予約を依頼し、スロットの予約が完了した時、前記車上無線局にスロットの予約完了を伝達し、
前記車上無線局は、スロットの予約完了の前記伝達を受けた時、自列車の位置を条件とせずに、通信中の無線基地局との間の通信を、ハンドオーバー先の前記無線基地局との間の通信に切り替えることを特徴とする無線システム。 A wireless system of a wireless train control system that wirelessly communicates control information for controlling a train,
A plurality of radio base stations;
An on-board radio station that is provided on a vehicle and performs communication of data including the control information with the radio base station;
The data is divided and accommodated in a plurality of slots for communication,
The radio base station has train position information, and when the train reaches a preset switching permission start point, it requests the slot reservation from the handover destination radio base station, and the slot reservation is completed. The slot on the vehicle radio station,
When the on-board radio station receives the completion of the slot reservation completion, the on-board radio station performs communication with the radio base station in communication without using the position of the own train as a condition. A wireless system characterized by switching to communication with the network.
The radio base station transmits a key used for data encryption and decryption to the radio base station of the handover destination when requesting the slot reservation to the radio base station of the handover destination. The radio system according to any one of claims 1 to 3.
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