JP2020017837A - 無線通信経路構築方法、子装置及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】列車の各車両に無線装置を分散配置した無線通信システムにおいて、無線装置による無線通信ネットワークの構築を、速やかに且つ確実に行えるようにすること。【解決手段】無線通信システム１は、各車両に配置された複数の無線装置１０で構成される。親装置１２は、例えば中央装置３０から取得した自列車の編成情報を、信号伝送線２０を介した有線通信によって各子装置１４へ送信する。各子装置１４は、受信した編成情報に基づき自列車の車両の連結順や各車両に配置された他の無線装置１０を確認し、親装置１２に向かう方向（上り方向）に距離順に、他の無線装置１０に対する直接の無線通信を試行して、その可否を判断する。親装置１２は、各子装置１４における直接無線通信判定の結果を取得し、当該子装置１４の経路表を作成して送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、列車にマルチホップ通信を行う複数の無線装置が分散配置された無線通信システムにおける無線通信経路構築方法等に関する。

マルチホップ通信を行う複数の無線装置でなる無線通信システムの一例として、センサ端末によるセンサデータが中継端末を介して制御端末まで転送・集約される無線センサネットワークが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２０６７４９号公報

このような無線通信システムを鉄道における列車に適用し、各車両に無線装置を配置して無線通信ネットワークを構築しようとする場合、次のような問題が生じる。すなわち、列車単位で１つの無線通信ネットワークを構築するが、列車に編成される車両は任意に変更され得るため、同一列車の各車両に配置されている無線装置を確認し、これらの無線装置によって無線通信ネットワークを構築する必要がある。例えば、途中駅における車両の増結や解結（増解結）といった列車の再編成によって車両が入れ替わる場合や、運行開始前に無線通信システムの起動（無線装置の電源投入）を行う場合などである。無線通信ネットワークの構築は、列車の出発を遅らせないよう、速やかに行う必要がある。

また、無線通信ネットワークの構築は、停車中の駅や車庫等において行うことになるが、無線通信可能な距離内に他の列車が近接して在線していると、その他の列車の車両に配置されている無線装置との無線通信を行ってしまうことがある。このため、各車両に配置されている無線装置を確認し、同一列車の無線装置のみで無線通信ネットワークを構築する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、列車の各車両に無線装置を分散配置した無線通信システムにおいて、無線装置による無線通信ネットワークの構築を、速やかに且つ確実に行えるようにすること、である。

上記課題を解決するための第１の発明は、
複数の車両で編成された列車にマルチホップ通信を行う複数の無線装置が分散配置された無線通信システムにおける無線通信経路構築方法であって、
前記無線装置は、車両間を引き通された信号伝送線を介した通信を行う有線通信機能を有し、
前記複数の無線装置のうちの親装置が、各無線装置が搭載された車両の連結順序と関連付けた各無線装置の識別情報を含む編成情報を、前記有線通信機能を用いて、当該親装置以外の無線装置である子装置に送信する編成情報送信ステップ（例えば、図９のステップＡ５）と、
前記子装置それぞれが、前記有線通信機能を用いて前記編成情報を受信した後、当該子装置に割り当てられた少なくとも１台の無線装置との間で無線通信が可能な時間を含む所与の割当時間の間、当該編成情報に基づき、当該子装置から前記親装置に向かう方向における当該子装置からの距離順に、他の無線装置を宛先とした無線通信を行って当該他の無線装置との直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を行う判定ステップ（例えば、図１０のステップＢ７）と、
を含み、
前記子装置それぞれが前記直接無線通信判定を行う前記判定ステップの判定サイクルを１周分実行することで、各子装置から親装置へのホップ数を限定しない無線通信経路を構築し得る無線通信経路構築方法である。

第１の発明によれば、列車に複数の無線装置が分散配置された無線通信システムにおける無線通信ネットワークの構築を、速やかに且つ確実に行うことができる。つまり、複数の無線装置のうちの親装置は、編成情報から自列車の各車両に配置されている他の無線装置である子装置を判断することができ、これらの各子装置に対して、編成情報を、列車の車両間を引き通された信号伝送線を介した有線通信によって確実に送信することができる。そして、親装置以外の無線装置である子装置は、受信した編成情報から自列車の各車両に配置されている他の無線装置を判断することができ、少なくとも１台の他の無線装置との直接無線通信判定を行うことができる。子装置は、自装置から親装置に向かう方向における距離順に直接無線通信を行うので、全ての子装置それぞれが直接無線通信判定を行う判定サイクルを１周分行うことで、少なくとも各子装置から親装置への無線通信経路を構築することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明の無線通信経路構築方法であって、
前記距離順は、前記無線装置が搭載された車両を単位とした車両の連結順である、
無線通信経路構築方法である。

第２の発明によれば、子装置からの距離順は、無線装置が配置されている車両の連結順として判断される。

第３の発明は、第１又は第２の発明の無線通信経路構築方法であって、
新たに列車を編成する編成タイミングにおいて、当該列車を編成する車両の連結順序と各車両に搭載された前記無線装置の前記識別情報とを関連づけた前記編成情報を、前記親装置に記憶させる編成情報記憶ステップ、
を更に含み、前記編成タイミングにおいて実行される無線通信経路構築方法である。

第３の発明によれば、新たに列車を編成する編成タイミングにおいて、編成後の列車の各車両に分散配置された無線装置による無線通信ネットワークの構築を、速やかに且つ確実に行うことができる。

第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明の無線通信経路構築方法であって、
前記編成情報送信ステップは、前記親装置が、前記割当時間を少なくとも含む時間間隔をおいて各子装置に前記編成情報を順番に送信するステップであり、
前記判定ステップは、前記編成情報を受信した前記子装置が前記直接無線通信判定を行うステップである、
無線通信経路構築方法である。

第４の発明によれば、親装置は、割当時間を少なくとも含む時間間隔をおいて、各子装置に編成情報を順番に送信する。つまり、各子装置が、順番に、所定の割当時間の無線通信判定を行うことになり、各子装置による直接無線通信判定は、互いに干渉しない。

第５の発明は、第１〜第３の何れかの発明の無線通信経路構築方法であって、
前記編成情報送信ステップは、前記親装置が、全ての子装置に向けて前記編成情報を一斉送信するステップであり、
前記判定ステップは、前記子装置それぞれが、受信した前記編成情報に基づいて当該子装置の前記割当時間を判断するステップを含む、
無線通信経路構築方法である。

第５の発明によれば、親装置は、全ての子装置に向けて編成情報を一斉送信し、子装置は、受信した編成情報に基づいて自装置の割当時間を判断して直接無線通信を行う。つまり、親装置による編成情報の送信が１回で済む。また、子装置は、編成情報に基づき、例えば、親装置及び各子装置が搭載された車両の連結順に従って、各子装置が順番に割当時間の無線通信判定を行うように自装置の割当時間を判断することで、各子装置による直接無線通信判定を互いに干渉しないように行うことができる。

第６の発明は、
複数の車両で編成された列車にマルチホップ通信を行う複数の無線装置が分散配置され、各無線装置が車両間を引き通された信号伝送線を介した通信を行う有線通信機能を有する無線通信システムにおける、親装置以外の無線装置である子装置であって、
前記親装置は、各無線装置が搭載された車両の連結順序と関連付けた各無線装置の識別情報を含む編成情報を、前記有線通信機能を用いて、各子装置に送信する送信手段（例えば、図５の有線通信部１１０）を備えており、
前記有線通信機能を用いて前記編成情報を前記親装置から受信した後、当該子装置に割り当てられた少なくとも１台の無線装置との間で無線通信が可能な時間を含む所与の割当時間の間、当該編成情報に基づき、当該子装置から前記親装置に向かう方向における当該子装置からの距離順に、他の無線装置を宛先とした無線通信を行って当該他の無線装置との直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を行う、
子装置である。

第６の発明によれば、第１の発明の効果を発揮する無線通信システムの子装置を実現できる。

第７の発明は、
複数の車両で編成された列車にマルチホップ通信を行う複数の無線装置が分散配置された無線通信システムであって、
前記無線装置は、車両間を引き通された信号伝送線を介した通信を行う有線通信機能を
有し、
前記複数の無線装置のうちの親装置が、各無線装置が搭載された車両の連結順序と関連付けた各無線装置の識別情報を含む編成情報を、前記有線通信機能を用いて、当該親装置以外の無線装置である子装置に送信する送信手段を備え、
前記子装置それぞれが、前記有線通信機能を用いて前記編成情報を受信した後、当該子装置に割り当てられた少なくとも１台の無線装置との間で無線通信が可能な時間を含む所与の割当時間の間、当該編成情報に基づき、当該子装置から前記親装置に向かう方向における当該子装置からの距離順に、他の無線装置を宛先とした無線通信を行って当該他の無線装置との直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を行う判定手段を備え、
前記子装置それぞれが前記直接無線通信判定を行う前記判定ステップの判定サイクルを１周分実行することで、各子装置から親装置へのホップ数を限定しない無線通信経路を構築し得る無線通信システムである。

第７の発明によれば、第１の発明の効果を発揮する無線通信システムを実現できる。

無線通信システムの適用例。 経路表の一例。 編成情報の一例。 無線装置間の直接無線通信判定の実行手順。 親装置の機能構成図。 直接無線通信判定テーブルの一例。 子装置の機能構成図。 直接無線通信判定テーブルの一例。 無線通信ネットワーク構築処理における親装置のフローチャート。 無線通信ネットワーク構築処理における子装置のフローチャート。 親装置が編成情報を一斉送信する場合の無線装置間の直接無線通信判定の実行手順。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

［システム構成］
図１は、本実施形態における無線通信システム１の適用例である。本実施形態の無線通信システム１は、複数の車両で編成された列車に分散配置された複数の無線装置１０を備えて構成される。無線通信システム１は、例えば、列車を構成する各車両の状態を管理する列車情報管理装置として機能することができるシステムである。

無線通信システム１における無線通信はマルチホップ通信によって実現され、通信毎に宛先（通信先）の装置までの通信経路を探索する動的な無線通信ネットワークである。経路探索は、無線装置１０毎に予め定められた経路表３３０を用いて行われる。経路表３３０は、図２に一例を示すように、宛先とする他の無線装置１０それぞれに、第１ホップ先とする無線装置１０の候補を優先度順に対応付けて格納している。経路探索は、この経路表３３０において宛先の無線装置１０に対応付けられている第１ホップ先の中から優先度順に従って選択することで行われる。なお、経路表３３０は、宛先の無線装置１０までのホップ数がなるべく少なくなるように、宛先の無線装置１０に近い順に優先度が高くなるように第１ホップ先が定められている。図２の経路表３３０は、宛先とする無線装置１０を先頭車両からの配置順に列挙している。また、自装置を“無線装置Ｚ”として、自装置を基準とした距離順に上り方向及び下り方向それぞれの他の無線装置１０を表記している。図２の経路表３３０は、ある１つの無線装置Ｚについての経路表であり、他の装置を自装置（無線装置Ｚ）とした場合の経路表が同じであるとは限らない。

無線通信システム１では、複数の無線装置１０のうち、１台を親装置１２、それ以外を子装置１４とする。本実施形態では、列車の先頭車両に親装置１２となる無線装置１０が配置され、各車両に子装置１４となる無線装置１０が配置される。つまり、列車をｎ両編成とすると、先頭車両に配置されて親装置１２となる１台の無線装置１０と、各車両に配置されて子装置１４となるｎ台の無線装置１０との合計（ｎ＋１）台の無線装置１０によって、無線通信システム１が構成される。

また、無線通信システム１における無線通信は、子装置１４から親装置１２に向かう方向を“上り方向”とし、その逆方向を“下り方向”とする。本実施形態では、親装置１２は先頭車両に配置されるので、最後尾車両から先頭車両に向かう方向（列車の進行方向）が無線通信の“上り方向”となり、先頭車両から最後尾車両に向かう方向が“下り方向”となる。

また、無線装置１０は、車両間に引き通された信号伝送線２０に接続されており、この信号伝送線２０を介した通信を行う有線通信機能を有している。また、信号伝送線２０には中央装置３０が接続されている。無線通信システム１を列車情報管理装置として機能させる場合には、例えば、信号伝送線２０は中央装置３０からの指令を各搭載機器に伝送するとともに、各搭載機器から当該搭載機器の状態を示す情報を中央装置３０に伝送することとなる。中央装置３０が、各搭載機器の情報を集約して演算処理を行うとともに車上・地上間の無線通信を行う集中処理型のシステムとなる。搭載機器としては、主回路制御装置や補助電源装置、ブレーキ制御装置、自動放送装置、空調装置、戸閉制御装置といった車両の走行に係る機器、行き先表示器や車内表示器といった旅客への案内に係る機器、等がある。これらの搭載機器は、１又は複数の車両毎に配置された端末装置を介して信号伝送線２０に接続される。列車情報管理装置における中央装置３０は、通常、運転台が設けられる先頭車両に搭載されることから、本実施形態の無線通信システム１を列車情報管理装置として機能させる場合には、親装置１２は、中央装置３０と同じ先頭車両に搭載されることが望ましい。

［無線通信ネットワークの構築］
無線通信システム１は、１列車を編成する各車両に配置された無線装置１０によって構成されており、これらの無線装置１０によって１つの無線通信ネットワークを構築する必要がある。鉄道では、途中駅での車両の増結や解結といった列車編成の変更がなされ得る。列車編成が変更されると、車両の増結によって新たな無線装置１０が増えたり、車両の解結によって無線装置１０が減ったりといったように、無線通信システム１を構成する無線装置１０が変化する。このため、列車編成の変更後は、変更後の列車の各車両に配置されている無線装置１０を確認し、無線通信ネットワークを再構築する必要がある。また、列車の運行前等には無線通信システム１の起動（無線装置１０の電源投入）を行うが、その際には、無線通信が可能な距離で近接する別の列車の無線装置１０を含まないよう、同一列車の各車両に配置されている無線装置１０を確認して、無線通信ネットワークを構築する必要がある。

“無線通信ネットワークを構築する”とは、各無線装置１０の経路表３３０を作成・設定することを意味する。つまり、ある列車についての無線通信ネットワークの構築（再構築を含む）は、当該列車の各車両に配置されている無線装置１０を確認し、これらの無線装置１０間の直接の無線通信の可否を判定し、各無線装置１０の経路表３３０を作成・設定することを意味する。

具体的には、ある列車についての無線通信ネットワークの構築にあたり、先ず、親装置１２が、当該列車の編成情報３１０を取得し、これを記憶しておく。編成情報３１０は、無線装置１０が搭載された車両の連結順と関連つけた各無線装置１０の識別情報を含む情報であり、図３に一例を示すように、車両の連結順序に対応付けて、当該車両に配置されている無線装置１０の識別情報である無線装置ＩＤを対応付けて格納している。親装置１２は、最新の編成情報３１０を、例えば、列車情報管理装置の中央装置３０から、信号伝送線２０を介した有線通信によって取得することができる。中央装置３０は、車両の増解結に際して、例えば乗務員による設定操作や地上装置からの通信等による外部から、事前に、或いは、その都度、編成情報３１０を取り込む。親装置１２は、取得した編成情報３１０によって、当該列車を編成する各車両に配置された無線装置１０や、各無線装置１０が配置された車両の連結順等を確認することができる。続いて、無線装置１０間の直接の無線通信の可否の判定である直接無線通信判定を行う。

図４は、無線装置１０間の直接無線通信判定の実行手順を示すタイムチャートである。図４では、横軸を時刻として、各無線装置１０の動作を示している。対象の列車は、図１に示したようなｎ両編成とし、先頭車両に親装置１２が配置され、各車両に１台の子装置１４が配置されているとする。つまり、最後尾車両（ｎ両目の車両）から先頭車両（１両目の車両）に向かう方向が、無線通信の“上り方向”となる。また、ｉ両目（ｉ＝１，２，・・，ｎ）の車両に搭載されている子装置１４を“子装置１４−ｉ”とする。図４では、これらの無線装置１０を、配置された車両の連結順に示している。つまり、上から順に、先頭車両から最後尾車両までの各車両に配置された無線装置１０を示しており、具体的には、上から順に、親装置１２、子装置１４−１，１４−２，・・，１４−ｎ、である。

先ず、親装置１２が、記憶している編成情報３１０に基づき、自装置からの距離順に、子装置１４への編成情報３１０の送信順を決定する。無線装置１０は各車両に配置されており、無線装置１０が搭載されている車両と無線装置１０とは固定の関係にあるため、無線装置１０の距離順は、車両を単位として該当する無線装置１０が配置された車両の連結順とする。図４の例では、親装置１２は先頭車両に配置されているため、先頭車両からの車両の連結順が、親装置１２からの距離順となる。つまり、編成情報３１０の送信順は、親装置１２と同一車両（先頭車両）に配置されている子装置１４−１が最初であり、子装置１４−１，１４−２，・・，１４−ｎ、の順となる。

親装置１２は、各子装置１４に、決定した送信順で編成情報３１０を順番に送信する。この親装置１２から子装置１４への編成情報３１０の送信は、信号伝送線２０を介した有線通信によって行う。そして、子装置１４は、親装置１２から編成情報３１０を受信すると、受信した編成情報に基づき、他の無線装置１０に対する直接無線通信判定の実行順を判断し、判断した実行順で、他の無線装置１０に対する直接無線通信判定を実行する。

図４の例では、親装置１２は、先ず、子装置１４−１へ編成情報３１０を送信する。子装置１４−１は、編成情報３１０を受信すると、受信した編成情報３１０に基づき、自装置からの距離順に、他の無線装置１０に対する直接無線通信判定の実行順を決定する。この距離順も、無線装置１０が配置された車両の連結順とする。また、実行順は、自装置から親装置１２に向かう上り方向を先とし、上り方向にある全ての無線装置１０への直接無線通信判定を実行した後に下り方向にある無線装置１０に対して直接無線通信判定を行うこととする。図４の例では、子装置１４−１は先頭車両に搭載されているので、先頭車両からの車両の連結順が、子装置１４−１からの距離順となる。つまり、直接無線通信判定の実行順は、子装置１４−１と同一車両（先頭車両）に配置されている親装置１２が最初であり、親装置１２、子装置１４−２，１４−３，・・，１４−ｎ、の順となる。

子装置１４−１は、所定の割当時間Ｔ［ミリ秒］の間、決定した実行順で、他の各無線装置１０に対する直接無線通信判定を行う。この割当時間Ｔ［ミリ秒］は、少なくとも１台の無線装置１０に対して直接無線通信判定を実行可能な時間として定められる。子装置１４−１は、最初の無線装置１０（親装置１２）に対する直接無線通信判定が終了すると、続いて、実行順が次の無線装置１０（子装置１４−２）に対する直接無線通信判定を開始するといったように、決定した実行順で他の無線装置１０に対する判定を続けて実行するが、最初の無線装置１０（親装置１２）に対する直接無線判定の開始（或いは、編成情報３１０の受信、としても良い）からの経過時間が割当時間Ｔに達すると、その時点で実行中の直接無線通信判定を未完了として終了することになる。

“直接無線通信判定”は、例えば、次のように実行することができる。当該判定を実行する無線装置１０（以下、「実行装置」という）は、判定対象の他の無線装置１０を宛先としたテストパケットを、所定回数だけ断続的に、無線通信によって送信する。テストパケットを受信した無線装置１０は、このテストパケットの受信回数を計数しておき、所定回数の送信が完了したとみなせるタイミングで、計数した受信回数を、送信元の無線装置１０（実行装置）へ、無線通信によって送信する。実行装置は、送信回数に対する、判定対象の無線装置１０から受信した受信回数の割合を成功率とし、この成功率が所定値以上であるならば、直接無線通信が“可能”と判定し、未満であるならば“不可能”と判定する。

親装置１２は、子装置１４−１への編成情報の送信を完了した後、所定の待機時間だけ待機した後、送信順が次の子装置１４−２へ、同様に、編成情報３１０を送信する。待機時間は、上述の直接無線通信判定を実行する割当時間Ｔ［ミリ秒］と同じとする。つまり、親装置１２は、子装置１４−１へ編成情報３１０を送信した後、子装置１４−１が直接無線通信判定を行っている割当時間Ｔの間、待機し、子装置１４−１が直接無線通信判定を終了した後に、送信順が次の子装置１４−２へ編成情報３１０を送信することになる。

編成情報３１０を受信した子装置１４−２は、子装置１４−１と同様に、受信した編成情報３１０に基づき、自装置からの距離順に、他の無線装置１０との直接無線通信判定の実行順を決定し、所定の割当時間Ｔの間、決定した実行順で、他の無線装置１０との直線無線通信判定を実行する。

このように、親装置１２は、自装置からの距離順に、割当時間Ｔの時間間隔で、各子装置１４に編成情報３１０を送信する。そして、全ての子装置１４に対する編成情報３１０の送信を終了すると、割当時間Ｔに等しい待機時間だけ待機した後、割当時間Ｔの間、他の無線装置１０（子装置１４）に対する直接無線通信判定を行う。親装置１２による直接無線通信判定の実行順は、子装置１４と同様に、自装置からの距離順とする。つまり、親装置１２は先頭車両に搭載されるため、実行順は、同一車両（先頭車両）に配置される子装置１４−１が最初となり、子装置１４−１，１４−２，１４−３、・・，１４−ｎ、の順となる。

親装置１２による直接無線通信判定が終了すると、全ての無線装置１０（親装置１２、及び、子装置１４）が、少なくとも１台の他の無線装置１０に対する直接無線通信判定を実行したことになり、１周分の判定サイクルが行われたことになる。（ｎ＋１）台の無線装置１０により構成される無線通信システム１であるので、１周分の判定サイクルに要する時間は、Ｔ×（ｎ＋１）、となる。

続いて、２周目の判定サイクルが行われる。２周目の判定サイクルでは、各無線装置１０が、前回の直接無線通信判定の終了から、割当時間Ｔ×ｎ、の待機時間だけ待機した後に、２周目の直接無線通信判定を割当時間Ｔの間、実行する。２周目の直接無線通信判定では、未だ直接無線通信判定を実行していない他の無線装置１０を対象として行う。待機時間である、割当時間Ｔ×ｎ、は、自装置以外の他のｎ台の無線装置１０が順に直接無線通信判定を実行するのに要する時間に相当する。従って、１周目の判定サイクルと同様に、子装置１４−１，１４−２，・・，１４−ｎ、親装置１２、の順に、各無線装置１０が直接無線通信判定を実行することになる。

そして、複数周の判定サイクルを繰り返すことで。各無線装置１０は、他の無線装置１０それぞれと直接の無線通信が可能か否かを判定することができ、この判定結果を用いて、各無線装置１０の経路表３３０を作成することができる。なお、無線装置は列車の各車両に配置されることから、各無線装置１０の無線通信可能範囲を含む判定範囲内の他の無線装置１０のみを直接無線通信判定の対象とすることで、無線通信ネットワークの構築に要する時間を短縮することができる。

［機能構成］
（Ａ）親装置１２
図５は、親装置１２の機能構成を示すブロック図である。図５によれば、親装置１２は、操作部１０２と、表示部１０４と、音出力部１０６と、無線通信部１０８と、有線通信部１１０と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて構成され、一種のコンピュータとして実現される。

操作部１０２は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置で実現され、なされた操作入力に応じた操作信号を処理部２００に出力する。表示部１０４は、例えば液晶ディスプレイやタッチパネル等の表示装置で実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部１０６は、例えばスピーカ等の音声出力装置で実現され、処理部２００からの音信号に基づく各種音声出力を行う。無線通信部１０８は、他の無線装置１０（子装置１４）との間でマルチホップ通信による無線通信を行うための無線通信装置であり、例えば、無線通信モジュール等で実現される。有線通信部１１０は、信号伝送線２０に接続して外部装置（子装置１４や中央装置３０など）と有線通信を行う有線通信装置であり、例えば、ルータ、モデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等で実現される。

処理部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の演算装置や演算回路で実現されるプロセッサーであり、記憶部３００に記憶されたプログラムやデータ、操作部１０２や無線通信部１０８、有線通信部１１０等からの入力データ等に基づいて、親装置１２の全体制御を行う。また、処理部２００は、機能的な処理ブロックとして、編成情報取得部２０２と、編成情報送信制御部２０４と、直接無線通信判定部２０６と、経路表作成部２０８と、時計部２１０と、を有する。処理部２００が有するこれらの各機能部は、処理部２００がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現することも、専用の演算回路で実現することも可能である。本実施形態では、前者のソフトウェア的に実現することとして説明する。

編成情報取得部２０２は、例えば、自装置が配置された列車（自列車）の編成が完了した後に、有線通信部１１０を介して、編成後の自列車の編成情報３１０を、例えば中央装置３０から取得する。取得した編成情報３１０は、記憶部３００に記憶される。

編成情報送信制御部２０４は、取得した編成情報３１０を、自列車の各子装置１４へ送信する。具体的には、編成情報３１０に基づき、自列車に編成された車両の連結順と、各車両に配置された無線装置１０とを確認し、自装置からの距離順に、他の無線装置１０である各子装置１４への編成情報３１０の送信順を決定する。そして、決定した送信順で、所定の割当時間Ｔの時間間隔で、各子装置１４に、編成情報３１０を、有線通信部１１０による信号伝送線２０を介した有線通信によって送信する。

直接無線通信判定部２０６は、他の無線装置１０と直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を実行する。具体的には、編成情報３１０に基づき、自装置からの距離順に、他の無線装置１０である各子装置１４に対する直接無線通信判定の実行順を決定する。そして、決定した実行順に、各子装置１４に対する直接無線通信判定を実行する。

直接無線通信判定は、例えば、次のように実行することができる。すなわち、判定対象の他の無線装置１０を宛先としたテストパケットを、所定回数だけ断続的に、無線通信によって送信する。そして、判定対象の無線装置１０から送信されてくるテストパケットの受信回数を受信し送信回数に対する受信回数の割合を成功率として算出し、この成功率が所定の閾値Ｘ以上であるならば、直接無線通信が“可能”と判定し、閾値Ｘ未満であるならば“不可能”と判定する。

また、直接無線通信判定は、所定の割当時間Ｔの間、実行する。実行の開始から割当時間Ｔが経過すると、その時点で実行中の直接無線通信判定を未完了として終了し、割当時間Ｔ×ｎ（“ｎ”は、自列車における他の無線装置１０である子装置１４の配置数）、の待機時間だけ待機した後、２周目の直接無線通信判定の実行を開始する。２周目の直接無線通信判定では、直接無線通信判定が完了していない子装置１４のうちから決定した実行順に対象として、１周目の直接無線通信判定と同様に、割当時間Ｔの間、直接無線通信判定を実行する。このように、割当時間Ｔ×ｎ、の時間間隔をおいて、割当時間Ｔの間、決定した実行順に各子装置を対象とした直接無線通信判定の実行を、全ての子装置を対象とした直接無線通信判定が終了するまで繰り返す。

ここで、１周分の直接無線通信判定を実行する割当時間Ｔや、直接無線通信の可否の判定基準となる閾値Ｘは、直接無線通信判定用パラメータ３０４として記憶されている。また、実行した直接無線通信判定の結果は、直接無線通信判定テーブル３２０Ａとして記憶される。

図６は、直接無線通信判定テーブル３２０の一例である。図６によれば、直接無線通信判定テーブル３２０は、自列車に配置されている全ての無線装置それぞれに、直接無線通信判定の結果である直接無線通信の可否を対応付けて格納している。図６においては、無線装置を、先頭車両からの配置順に列挙している。

経路表作成部２０８は、直接無線通信判定テーブル３２０Ａに基づき、自装置用の経路表３３０Ａを作成する。また、各子装置１４から取得した直接無線通信判定テーブル３２０Ｂに基づき、当該子装置１４用の経路表３３０Ｂを作成し、作成した経路表３３０Ｂを当該子装置１４へ送信する。

時計部２１０は、システムクロックを利用して現在日時の計時やタイマ処理等の時間経過にかかる処理を行う。

記憶部３００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のＩＣ（Integrated Circuit）メモリやハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部２００が親装置１２を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部２００の作業領域として用いられ、処理部２００が実行した演算結果や、操作部１０２や無線通信部１０８、有線通信部１１０からの入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部３００には、親装置制御プログラム３０２と、直接無線通信判定用パラメータ３０４と、編成情報３１０と、自装置の直接無線通信判定テーブル３２０Ａと、自装置用の経路表３３０と、各子装置１４から取得した当該子装置用の直接無線通信判定テーブル３２０Ｂと、各子装置１４用の経路表３３０Ｂと、が記憶される。

図７は、子装置１４の機能構成を示すブロック図である。図７によれば、子装置１４は、操作部５０２と、表示部５０４と、音出力部５０６と、無線通信部５０８と、有線通信部５１０と、処理部６００と、記憶部７００とを備えて構成され、一種のコンピュータとして実現される。

操作部５０２は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置で実現され、なされた操作入力に応じた操作信号を処理部６００に出力する。表示部５０４は、例えば液晶ディスプレイやタッチパネル等の表示装置で実現され、処理部６００からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部５０６は、例えばスピーカ等の音声出力装置で実現され、処理部６００からの音信号に基づく各種音声出力を行う。無線通信部５０８は、他の無線装置１０（親装置１２や他の子装置１４）との間でマルチホップ通信による無線通信を行うための無線通信装置であり、例えば、無線通信モジュール等で実現される。有線通信部５１０は、信号伝送線２０に接続して外部装置（親装置１２等）と有線通信を行う有線通信装置であり、例えば、ルータ、モデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等で実現される。

処理部６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の演算装置や演算回路で実現されるプロセッサーであり、記憶部７００に記憶されたプログラムやデータ、操作部５０２や無線通信部５０８、有線通信部５１０等からの入力データ等に基づいて、子装置１４の全体制御を行う。また、処理部６００は、機能的な処理ブロックとして、編成情報受信部６０２と、直接無線通信判定部６０４と、時計部６０６と、を有する。処理部６００が有するこれらの各機能部は、処理部６００がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現することも、専用の演算回路で実現することも可能である。本実施形態では、前者のソフトウェア的に実現することとして説明する。

編成情報受信部６０２は、有線通信部５１０により信号伝送線２０を介して親装置１２から送信されてくる編成情報３１０を受信する。受信した編成情報３１０は、記憶部７００に記憶される。

直接無線通信判定部６０４は、親装置１２の直接無線通信判定部２０６と同様に、他の無線装置１０と直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を実行する。すなわち、親装置１２から受信した編成情報３１０に基づき、自装置からの距離順に、他の無線装置１０（親装置１２や他の子装置１４）に対する直接無線通信判定の実行順を決定し、決定した実行順に、各無線装置１０に対する直接無線通信判定を実行する。実行順は、自装置から上り方向の距離順を先とし、その次に、下り方向の距離順とする。詳細には、所定の割当時間Ｔの間、決定した実行順に他の無線装置１０に対する直接無線通信判定を実行した後、割当時間ｔ×ｎ、の間だけ待機することを、全ての他の無線装置１０を対象とした直接無線通信判定が終了するまで繰り返す。直接無線通信判定の結果は、直接無線通信判定テーブル３２０Ｂとして記憶される。

図８は、直接無線通信判定テーブル３２０Ｂの一例である。図８によれば、直接無線通信判定テーブル３２０Ｂは、親装置１２における直接無線通信判定テーブル３２０Ａ（図６参照）と同様に、自列車に配置されている全ての無線装置それぞれに、直接無線通信判定の結果である直接無線通信の可否を、対応付けて格納している。図８においては、無線装置を、先頭車両からの配置順に列挙している。また、自装置を“子装置ｉ”として、自装置を基準とした上り方向及び下り方向それぞれの他の無線装置である子装置を表現している。

時計部６０６は、システムクロックを利用して現在日時の計時やタイマ処理等の時間経過にかかる処理を行う。

記憶部７００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のＩＣ（Integrated Circuit）メモリやハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部６００が子装置１４を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部６００の作業領域として用いられ、処理部６００が実行した演算結果や、操作部５０２や無線通信部５０８、有線通信部５１０からの入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部７００には、子装置制御プログラム７０２と、直接無線通信判定用パラメータ３０４と、編成情報３１０と、直接無線通信判定テーブル３２０Ｂと、経路表３３０Ｂと、が記憶される。

［処理の流れ］
図９，図１０は、無線通信システム１における無線通信ネットワークの構築処理の流れを説明する図である、図９は、親装置１２における処理の流れを説明するフローチャートであり、図１０は、子装置１４における処理の流れを説明するフローチャートである。この無線ネットワーク構築処理は、例えば、列車の編成後に行われる。

図９に示すように、先ず、親装置１２において、編成情報取得部２０２が、例えば、信号伝送線２０を介した有線通信によって、中央装置３０から、自列車の編成情報３１０を取得し、これを記憶する（ステップＡ１）。次いで、編成情報送信制御部２０４が、取得した編成情報３１０に基づき、自装置からの距離順に、各子装置１４への編成情報３１０の送信順を決定する（ステップＡ３）。そして、割当時間Ｔの時間間隔で、決定した送信順で各子装置１４に編成情報３１０を送信する。

すなわち、決定した送信順に各子装置１４を対象としたループＡの繰り返し処理を行う。ループＡの処理では、対象の子装置１４へ、編成情報３１０を、信号伝送線２０を介した有線通信によって送信する（ステップＡ５）。その後、所定の割当時間Ｔの間、待機する（ステップＡ７）。ループＡの処理はこのように行われる。

全ての子装置１４を対象としたループＡの処理を行うと、続いて、直接無線通信判定部２０６が、各子装置１４を対象とした直接無線通信判定を行う。すなわち、編成情報３１０に基づき、自装置からの距離順に、各子装置１４に対する直接無線通信判定の実行順を決定する（ステップＡ９）。

次いで、割当時間Ｔが経過するまでの間、ループＢの繰り返し処理を行う。ループＢの処理では、直接無線通信判定テーブル３２０を参照して、直接無線通信判定が未完了の子装置のうちから、実行順に１台の子装置１４を選択し（ステップＡ１１）、選択した子装置１４に対する直接無線通信判定を開始する（ステップＡ１３）。直接無線通信判定が完了すると（ステップＡ１５：ＹＥＳ）、その判定結果に基づいて直接無線通信判定テーブル３２０Ａを更新する（ステップＡ１７）。ループＢの処理はこのように行われる。

割当時間Ｔが経過してループＢの繰り返し処理を終了すると、直接無線通信判定部２０６は、続いて、直接無線通信判定テーブル３２０Ａを参照して、全ての子装置１４に対する直接無線通信判定が完了したかを判断する。直接無線通信判定が未完了の子装置１４があるならば（ステップＡ１９：ＮＯ）、割当時間Ｔ×ｎ、の待機時間が経過した後（ステップＡ２１）、ステップＳ９の次に戻り、同様の処理を繰り返す。全ての子装置１４に対する直接無線通信判定を完了したならば（ステップＡ１９：ＹＥＳ）、親装置１２における本処理は終了となる。

図１０に示すように、子装置１４においては、親装置１２から編成情報３１０を受信すると（ステップＢ１：ＹＥＳ）、直接無線通信判定部６０４が、割当時間Ｔの計時を開始させた後、編成情報３１０に基づいて、他の無線装置１０に対する直接無線通信判定の実行順を、自装置からの距離順に決定する（ステップＢ３）。

次いで、割当時間Ｔが経過するまでの間、ループＣの繰り返し処理を行う。ループＣの処理では、直接無線通信判定テーブル３２０Ｂを参照して、直接無線通信判定が未完了の他の無線装置１０のうちから、実行順に１台の無線装置１０を選択し（ステップＢ５）、選択した無線装置１０に対する直接無線通信判定を開始する（ステップＢ７）。直接無線通信判定が完了すると（ステップＢ９：ＹＥＳ）、その判定結果に基づいて直接無線通信判定テーブル３２０Ｂを更新する（ステップＢ１１）。ループＣの処理はこのように行われる。

割当時間Ｔが経過してループＣの繰り返し処理を終了すると、直接無線通信判定部６０４は、続いて、直接無線通信判定テーブル３２０を参照して、全ての子装置１４に対する直接無線通信判定が完了したかを判断する。直接無線通信判定が未完了の他の無線装置１０があるならば（ステップＢ１３：ＮＯ）、割当時間Ｔ×ｎ、の待機時間が経過した後（ステップＢ１５）、自装置の順番が巡ってきたと判定して割当時間Ｔの計時を開始させて再度、ループＣの繰り返し処理を開始して、同様の処理を行う。全ての子装置１４に対する直接無線通信判定を完了したならば（ステップＢ１３：ＹＥＳ）、子装置１４における本処理は終了となる。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、列車に複数の無線装置１０が分散配置された無線通信システム１における無線通信ネットワークの構築を、速やかに且つ確実に行うことができる。すなわち、複数の無線装置１０のうちの１台である親装置１２は、自列車の編成情報３１０を、例えば、列車情報管理装置の中央装置３０から取得し、取得した編成情報３１０に基づいて、自列車の車両の連結順や各車両に配置されている無線装置１０を判断することができる。そして、自列車に配置されている他の無線装置１０である各子装置１４に対して、編成情報３１０を、車両間を引き通された信号伝送線２０を介した有線通信によって確実に送信することができる。子装置１４は、受信した編成情報３１０から、自列車の車両の連結順や各車両に配置されている他の無線装置１０を判断して、これらの他の無線装置１０との直接無線通信判定を行うことができる。子装置１４は、他の無線装置に対する直接無線通信判定を、自装置から親装置１２に向かう方向における距離順に行うので、全ての子装置１４それぞれが直接無線通信判定を行う判定サイクルを１周分行うことで、少なくとも全ての子装置１４から親装置１２へ至る無線通信経路を構築することが可能となる。つまり、１周分行うことで、ホップ数が多くなるかもしれないが、何れの子装置１４からも、親装置１２へ至る無線通信経路が構築できた状態となる。

また、無線通信システム１は、有線系のシステムに対して、例えば、断線時のバックアップといったように、二重系の通信システムとして用いることができる。つまり、有線系のシステムは、情報の伝送路として車両間に引き通された信号伝送線を用いて構成されており、有線である信号伝送路は、無線通信に比較して通信速度が速く、確実な伝送を実現し得る。しかし一方で、伝送線に断線等の故障が発生すると、故障箇所以降の車両、或いは、全ての車両間での通信ができなくなる不都合がある。

有線系のシステムに本実施形態の無線通信システム１を組み合わせることで、このような不都合を回避することが可能となる。また、有線の伝送路の伝送容量には限界があるため、必要に応じて無線通信システム１による無線通信を利用することで、任意に伝送容量を増加させることができるといった効果が得られる。つまり、無線装置の配置は有線である信号伝送路の配置に比較して容易であり、運用開始後であっても列車への無線通信システム１の搭載が可能である。また、無線通信による伝送容量は無線装置１０の性能に依存するので、必要な無線性能を有する無線装置１０を選んで車両に配置すれば良い。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）編成情報３１０の送信
上述の実施形態では、親装置１２は、編成情報３１０を、所定の割当時間Ｔの時間間隔をおいて各子装置に対して順に送信することにしたが、親装置は、編成情報３１０を、全ての子装置に対して一斉に送信するようにしてもよい。

図１１は、親装置１２が編成情報を各子装置１４に一斉送信する場合の、無線装置１０間の直接無線通信判定の実行手順を示すタイムチャートである。図１１では、図４と同様に、横軸を時刻として、各無線装置１０の動作を示している。また、対象の列車は、先頭車両に親装置１２が配置され、各車両に１台の子装置１４が配置されたｎ両編成としている。

親装置１２は、編成情報３１０を、信号伝送線２０を介した有線通信によって、全ての子装置１４−１〜１４−ｎを宛先として一斉送信する。各子装置１４−１〜１４−ｎは、ほぼ同時に編成情報３１０を受信し、受信した編成情報３１０に基づいて、自装置における直接無線通信判定の実行開始タイミングを判断する。具体的には、親装置１２からの距離順に直接無線通信判定の実行順が定められるといった前提のもとに、各子装置１４は、受信した編成情報３１０に基づき、自装置が親装置１２からの距離順で何番目（つまり何両目）であるかを判断する。そして、ｉ番目である場合には、割当時間Ｔ×（ｉ−１）、を待機時間とし、編成情報３１０の受信からこの待機時間の経過後を、直線無線通信判定の実行開始タイミングと判断する。

（Ｂ）無線装置１０の配置
無線通信システム１を構成する無線装置１０の配置は上述の実施形態に限らない。例えば、親装置１２は、先頭車両に配置することにしたが、最後尾車両に配置しても良いし、中間車両に配置しても良い。また、各車両に１台ずつの子装置１４を配置することにしたが、子装置１４を配置しない車両があっても良いし、１車両に複数台の子装置１４を配置しても良い。

（Ｃ）単位編成の増解結
上述の実施形態では、車両単位で増解結する例を説明したが、４両編成と６両編成の増解結といった単位編成の増解結としてもよい。

（Ｄ）親装置の直接無線通信判定
無線通信システム１において、子装置１４から親装置１２に向けての上りの無線通信しか使用せず、親装置１２から子装置１４への下りの無線通信を行わない仕様であるならば、親装置１２による直接無線通信判定を省略することとしてもよい。具体的には、図９の無線通信ネットワーク構築処理では、ステップＡ９の次のステップ以降が省略となる。また、図１０の子装置１４側の無線通信ネットワーク構築処理では、ステップＢ１５の待機が、割当時間Ｔ×（ｎ−１）、となる。

１…無線通信システム
１０…無線装置
１２…親装置
２００…処理部
２０２…編成情報取得部、２０４…編成情報送信制御部
２０６…直接無線通信判定部、２０８…経路表作成部
２１０…時計部
３００…記憶部
３０２…親装置制御プログラム
３０４…直接無線通信判定用パラメータ
３１０…編成情報
３２０Ａ，３２０Ｂ…直接無線通信判定テーブル
３３０Ａ，３３０Ｂ…経路表
１４…子装置
６００…処理部
６０２…編成情報受信部、６０４…直接無線通信判定部
６０６…時計部
７００…記憶部
７０２…子装置制御プログラム
２０…信号伝送線
３０…中央装置

Claims (7)

1. 複数の車両で編成された列車にマルチホップ通信を行う複数の無線装置が分散配置された無線通信システムにおける無線通信経路構築方法であって、
   前記無線装置は、車両間を引き通された信号伝送線を介した通信を行う有線通信機能を
   有し、
   前記複数の無線装置のうちの親装置が、各無線装置が搭載された車両の連結順序と関連付けた各無線装置の識別情報を含む編成情報を、前記有線通信機能を用いて、当該親装置以外の無線装置である子装置に送信する編成情報送信ステップと、
   前記子装置それぞれが、前記有線通信機能を用いて前記編成情報を受信した後、当該子装置に割り当てられた少なくとも１台の無線装置との間で無線通信が可能な時間を含む所与の割当時間の間、当該編成情報に基づき、当該子装置から前記親装置に向かう方向における当該子装置からの距離順に、他の無線装置を宛先とした無線通信を行って当該他の無線装置との直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を行う判定ステップと、
   を含み、
   前記子装置それぞれが前記直接無線通信判定を行う前記判定ステップの判定サイクルを１周分実行することで、各子装置から親装置へのホップ数を限定しない無線通信経路を構築し得る無線通信経路構築方法。
2. 前記距離順は、前記無線装置が搭載された車両を単位とした車両の連結順である、
   請求項１に記載の無線通信経路構築方法。
3. 新たに列車を編成する編成タイミングにおいて、当該列車を編成する車両の連結順序と各車両に搭載された前記無線装置の前記識別情報とを関連づけた前記編成情報を、前記親装置に記憶させる編成情報記憶ステップ、
   を更に含み、前記編成タイミングにおいて実行される請求項１又は２に記載の無線通信経路構築方法。
4. 前記編成情報送信ステップは、前記親装置が、前記割当時間を少なくとも含む時間間隔をおいて各子装置に前記編成情報を順番に送信するステップであり、
   前記判定ステップは、前記編成情報を受信した前記子装置が前記直接無線通信判定を行うステップである、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の無線通信経路構築方法。
5. 前記編成情報送信ステップは、前記親装置が、全ての子装置に向けて前記編成情報を一斉送信するステップであり、
   前記判定ステップは、前記子装置それぞれが、受信した前記編成情報に基づいて当該子装置の前記割当時間を判断するステップを含む、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の無線通信経路構築方法。
6. 複数の車両で編成された列車にマルチホップ通信を行う複数の無線装置が分散配置され、各無線装置が車両間を引き通された信号伝送線を介した通信を行う有線通信機能を有する無線通信システムにおける、親装置以外の無線装置である子装置であって、
   前記親装置は、各無線装置が搭載された車両の連結順序と関連付けた各無線装置の識別情報を含む編成情報を、前記有線通信機能を用いて、各子装置に送信する送信手段を備えており、
   前記有線通信機能を用いて前記編成情報を前記親装置から受信した後、当該子装置に割り当てられた少なくとも１台の無線装置との間で無線通信が可能な時間を含む所与の割当時間の間、当該編成情報に基づき、当該子装置から前記親装置に向かう方向における当該子装置からの距離順に、他の無線装置を宛先とした無線通信を行って当該他の無線装置との直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を行う、
   子装置。
7. 複数の車両で編成された列車にマルチホップ通信を行う複数の無線装置が分散配置された無線通信システムであって、
   前記無線装置は、車両間を引き通された信号伝送線を介した通信を行う有線通信機能を
   有し、
   前記複数の無線装置のうちの親装置が、各無線装置が搭載された車両の連結順序と関連付けた各無線装置の識別情報を含む編成情報を、前記有線通信機能を用いて、当該親装置以外の無線装置である子装置に送信する送信手段を備え、
   前記子装置それぞれが、前記有線通信機能を用いて前記編成情報を受信した後、当該子装置に割り当てられた少なくとも１台の無線装置との間で無線通信が可能な時間を含む所与の割当時間の間、当該編成情報に基づき、当該子装置から前記親装置に向かう方向における当該子装置からの距離順に、他の無線装置を宛先とした無線通信を行って当該他の無線装置との直接の無線通信を試行する直接無線通信判定を行う判定手段を備え、
   前記子装置それぞれが前記直接無線通信判定を行う前記判定ステップの判定サイクルを１周分実行することで、各子装置から親装置へのホップ数を限定しない無線通信経路を構築し得る無線通信システム。

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