JP2020025199A - 管理サーバ及び管理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の移動体から構成されるグループ内での無線通信によるグループ間の電波干渉を抑制できる管理サーバ及び管理方法を提供する。【解決手段】列車位置管理サーバ１は、例えば２つの列車それぞれの位置情報を取得することで、２つの列車相互の近接を検知し、２つの列車相互の近接を検知した場合、２つの列車間で発生する電波干渉を回避する干渉回避手段として、（１）通信周波数帯の切り替え、（２）送信電力の抑制と変調レートの高レート化及び（３）ネットワーク構成制御のうちいずれか１つを優先順位に従い決定し、決定した干渉回避手段の実施の指示を２つの列車のうち少なくとも１つに送信する。これにより、２つの列車間での電波干渉を抑制することができ、それぞれの列車において安定した通信を行うことが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば複数の車両で構成された１つの列車において、各車両間をＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器で接続することで、１つの列車内でネットワークを構築するシステムにおいて、近接する他の列車との間で発生する電波干渉を抑制する管理サーバ及び管理方法に関する。
従来、上述した列車内でネットワークを構築するシステムにおいては、常に安定した通信品質を確保することが要求される。そのため、カーブ走行時においても通信品質を維持できるように、各車両に設置するＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器には広角な放射特性を持つアンテナが使用される。
対向車や隣接車の接近時に車内の通信が他の車両の通信に電波干渉する可能性を低減するようにして通信品質を維持できるようにしたものとして、例えば特許文献１に記載された車載通信装置がある。この車載通信装置は、車外向け無線通信部が外部から入手した情報に基づき、車内向け無線通信部の通信条件を車外との電波干渉を低減する方向に変更するようにしている。例えば、車内でＵＷＢ（Ultra Wide Band）を使用している複数の車両が接近する場合に、車両外部のデータセンタなどから得られる情報に基づいて、空きチャンネルが有れば別々のチャンネルを使用し、空きチャンネルが無ければ送信電力を低減し、空きチャンネルが無く送信電力の低減の効果が見込まれなければ、送信タイミングを調整することによって電波干渉を回避する。
特開２０１０―１６６４６８号公報
ところが、列車内でネットワークを構築するシステムでは、これまでとは異なる態様の電波干渉が発生する。例えば駅に複数の列車が停車している場合に、一方の列車の車両間通信のために設置されたＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器が発射する電波が他方の列車の車両間通信のために設置されたＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器に電波干渉し、通信品質の劣化や回線の切断が生じることがある。図７は、駅に停車している２つの列車２００，２０１における電波干渉状態を示す模式図である。同図に示すように、駅の１番ホーム１００に停車している列車２００と、２番ホーム１０１に停車している列車２０１のそれぞれの車両間でＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器３００による通信が行われているが、列車２００の各車両に搭載されたＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器３００と列車２０１の各車両に搭載されたＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器３００が互いに発射する電波によって電波干渉が生じている。
本発明は、グループを構成する複数の移動体間での無線通信による、グループ間の電波干渉を抑制できる管理サーバ及び管理方法を提供することを目的とする。
本発明の管理サーバは、複数の移動体から構成されるグループを管理する管理サーバであって、前記複数の移動体それぞれは、同一のグループに属する他の移動体との間で無線通信を行い、かつ、前記グループ単位で移動し、前記管理サーバは、複数のグループそれぞれの位置情報を取得する位置取得部と、前記複数のグループそれぞれの位置情報に基づき、互いに近接するグループを検知する近接検知部と、前記互いに近接するグループが検知された場合、前記互いに近接するグループそれぞれのグループ内で行われる無線通信によって発生する、前記互いに近接するグループ間の電波干渉を回避する干渉回避手段を決定する干渉回避手段決定部と、決定された前記干渉回避手段の実施の指示を、前記互いに近接するグループのうち少なくとも１つに送信する干渉回避手段送信部と、を備えた。
上記構成によれば、複数のグループの近接を検知した場合、グループ内での無線通信によって発生する電波干渉を回避する干渉回避手段を決定し、決定した干渉回避手段の実施の指示を少なくとも１つのグループに送信するので、各グループ内での無線通信によって発生するグループ間の電波干渉を抑制できる。これにより、複数のグループが近接してもそれぞれの移動体において安定した通信を行うことが可能となる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記干渉回避手段は、前記グループ内で行われる前記複数の移動体間の無線通信の無線パラメータ制御である。
上記構成によれば、無線パラメータを制御することで、各グループ内での無線通信によって発生するグループ間での電波干渉の発生を抑制できる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記干渉回避手段決定部は、更に、前記互いに近接するグループの数が前記グループ内で行われる無線通信で利用することのできる通信周波数帯の数以下であれば、前記無線パラメータ制御として、通信周波数帯の切り替えを決定する。
上記構成によれば、互いに近接するグループの数が、利用できる通信周波数帯の数以下であれば、通信周波数帯を切り替えることで、各グループ内での無線通信によって発生するグループ間での電波干渉の発生を抑制できる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループの数が前記グループ内で行われる無線通信で利用することのできる通信周波数帯の数を超えていれば、前記無線パラメータ制御として、前記グループ内で行われる無線通信の送信電力の抑制を決定する。
上記構成によれば、互いに近接するグループの数が、通信周波数帯の切り替えでは対応できないほど多い場合であっても、送信電力を抑制することで、各グループ内での無線通信によって発生するグループ間での電波干渉の発生を抑制できる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記干渉回避手段決定部は、前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループの数が前記グループ内で行われる無線通信で利用することのできる通信周波数帯の数を超えていれば、前記グループ内で行われる無線通信の変調レートの高レート化を、前記無線パラメータ制御として決定する。
上記構成によれば、変調レートの高レート化を行うことで、グループ間での電波干渉の発生を抑制できる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記グループそれぞれにおいて前記複数の移動体は互いに連なっており、前記複数の移動体は連なりに沿って通信量が減少する無線通信を行い、前記干渉回避手段決定部は、前記通信量が減少する方向を、前記互いに近接するグループ間で異ならせる制御であるネットワーク構成制御を、前記無線パラメータ制御として決定する。
上記構成によれば、互いに近接するグループ間で通信量が減少する方向を異ならせることにより、互いに近接するグループにおける移動体間それぞれの無線通信の帯域占有率の合計を抑制する。これによって、複数のグループ間での電波干渉の発生を抑制できる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループが近接する速度が所定の速度以上の場合、前記干渉回避手段の実施は不要であると決定する。
上記構成によれば、近接する速度が速い場合、干渉回避手段の実施は不要であると決定する。これによって、近接している状態が短時間で終了することが見込まれる場合にまで、不要な指示を行ってしまうことによって発生する負荷を抑制することができる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループのうち、少なくとも１つに含まれる２以上の移動体間の角度が所定の角度を超えているか否かに応じて、異なる干渉回避手段を決定する。
上記構成によれば、移動体間の角度の大きさに応じて異なる干渉回避手段を実施することができる。これにより、移動体間の角度が大きい場合に不向きな干渉回避手段が実施されてしまう可能性を低減することができる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記グループは、予め定められた区間を移動し、前記管理サーバは、前記グループが移動する区間に、前記干渉回避手段送信部と前記グループに含まれる複数の移動体のうち少なくとも１つとの間の通信が困難な区間が含まれる場合、前記通信が困難な区間において互いに近接するグループが存在するか否かを予測し、前記通信が困難な区間において前記互いに近接するグループが存在すると予測された場合、前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループが、前記通信が困難な区間に移動する前に、前記干渉回避手段を決定し、前記干渉回避手段送信部は、決定された前記干渉回避手段の実施の指示を、前記互いに近接するグループのうち少なくとも１つに送信する。
上記構成によれば、干渉回避手段送信部がリアルタイムに指示を送ることができない環境であっても、予め干渉回避手段の実施を指示することができる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記グループは、前記複数の移動体を連結してなる列車であり、前記複数の移動体は、前記列車を構成する複数の車両である。
上記構成によれば、複数の車両を連結したものを１つの列車として、例えば２つの列車間における電波干渉を抑制することができる。したがって、例えば２つの列車が近接してもそれぞれの各車両間において安定した通信を行うことができる。
本発明の管理サーバの一態様として例えば、前記複数の移動体が行う無線通信はミリ波を用いた通信である。
上記構成によれば、ミリ波を用いた無線通信を行うことで、移動体間で大容量のデータを高速に送信することができる。
本発明の管理方法は、複数の移動体から構成されるグループを管理する管理方法であって、前記複数の移動体それぞれは、同一のグループに属する他の移動体との間で無線通信を行い、かつ、前記グループ単位で移動し、前記管理方法は、複数のグループそれぞれの位置情報を取得し、前記複数のグループそれぞれの位置情報に基づき、互いに近接するグループを検知し、前記互いに近接するグループが検知された場合、前記互いに近接するグループそれぞれのグループ内で行われる無線通信によって発生する、前記互いに近接するグループ間の電波干渉を回避する干渉回避手段を決定し、決定された前記干渉回避手段の実施の指示を、前記互いに近接するグループのうち少なくとも１つに送信する。
上記方法によれば、複数のグループの近接を検知した場合、グループ内での無線通信によって発生する電波干渉を回避する干渉回避手段を決定し、決定した干渉回避手段の実施の指示を少なくとも１つのグループに送信するので、各グループ内での無線通信によって発生するグループ間の電波干渉を抑制できる。これにより、複数のグループが近接してもそれぞれの移動体において安定した通信を行うことが可能となる。
本発明の管理サーバ及び管理方法は、グループを構成する複数の移動体間での無線通信による、グループ間の電波干渉を抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る列車位置管理サーバの概略構成を示すブロック図 図１に示す列車位置管理サーバと通信を行う列車内システムの概略構成を示すブロック図 図１に示す列車位置管理サーバが、近接している複数の列車に無線パラメータ切替命令を送信している様子を示す図 各５両編成とした２つの列車におけるネットワーク構成制御による干渉回避を説明するための図 図１に示す列車位置管理サーバのＬＴＥ（登録商標）通信可能路線における無線パラメータ決定処理を説明するためのフロー図 図１に示す列車位置管理サーバのＬＴＥ（登録商標）通信不可能路線における無線パラメータ決定処理を説明するためのフロー図 駅に停車している２つの列車における電波干渉状態を示す模式図
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る列車位置管理サーバ（管理サーバ）１の概略構成を示すブロック図である。図２は、列車位置管理サーバ１と通信を行う列車内システム２の概略構成を示すブロック図である。以下で述べる列車とは、複数の車両が連結されたもとする。
図１において、本実施形態に係る列車位置管理サーバ１は、ＷＡＮ（Wide Area Network）を介して鉄道会社が提供している位置情報提供サーバ３と接続されており、この位置情報提供サーバ３にアクセスすることで列車位置情報サービスを利用することができる。より具体的には、近年、鉄道会社は、列車位置情報サービスとしてＡＰＩ（Application Programming Interface）を介して列車の位置情報を取得できるサービスを提供しているので、これを利用することができる。以下、この列車位置情報サービスのＡＰＩを、「列車位置情報サービス（ＡＰＩ）」と呼ぶ。また、列車位置管理サーバ１は、列車内システム２の列車管理サーバ２１とＬＴＥ（Long Term Evolution、登録商標）通信を行い、列車位置情報サービスを利用して得られた列車の位置情報、干渉回避手段及びコンテンツ等を送信する。なお、列車位置管理サーバ１と列車管理サーバ２１との間の通信にＬＴＥ（登録商標）を用いる以外に、３Ｇ（3rd Generation）、ＷｉＦｉ（登録商標）又はＷｉＧｉｇ（登録商標）を用いることもできる。
また、列車の位置情報の取得においては、上述した列車位置情報サービスを利用する方法以外に、運行ダイヤのデータベース（図示略）から予測する方法、各列車にＧＰＳ（Global Positioning System）を搭載して、走行位置を定期的に列車位置管理サーバ１に通知する方法も考えられるし、これらを組み合わせることも可能である。また、列車を構成するいずれかの車両の位置情報を列車の位置情報として用いることもできる。その場合は、先頭車両、中央付近の車両、末尾の車両など、任意の車両の位置情報を用いることができる。ただし、本実施形態において、列車の位置情報は列車同士の近接の判定に用いられるため、どの車両の位置情報を列車の位置情報として見做すかについての基準は列車間で統一されている方がよい。なお、以下で説明するが、本実施形態では、列車位置情報サービスと各列車に搭載したＧＰＳを利用している。このＧＰＳは、列車内システム２の列車管理サーバ２１に搭載されたＧＰＳ部２１２である。
図１において、列車位置管理サーバ１は、列車内システム２の列車管理サーバ２１との間でＬＴＥ（登録商標）通信を行うＬＴＥ（登録商標）送受信部（干渉回避手段送信部）１１と、鉄道会社が提供している列車位置情報サービスを利用して列車の位置情報を取得し管理する列車位置取得・管理部（位置取得部）１２と、列車位置取得・管理部１２に管理されている列車の位置情報に基づき、複数の列車の近接を検知し、近接を検知した複数の列車間の相対速度を計算する列車近接検知・列車相対速度計算部（近接検知部）１３と、列車近接検知・列車相対速度計算部１３で計算された複数の列車間の相対速度に応じて、複数の列車間で発生する電波干渉を回避する干渉回避手段（詳細は後述する）を決定する干渉回避手段決定部１４と、を備える。
ＬＴＥ（登録商標）送受信部１１は、干渉回避手段決定部１４で決定された干渉回避手段の実施の指示を、複数の列車のうち少なくとも１つに送信する。干渉回避手段は、無線パラメータの制御であり、複数の列車が近接する場合に、そのうち少なくとも１つに送信される。無線パラメータの制御には、（１）通信周波数帯の切り替え（即ち、チャンネルの切り替え）、（２）送信電力の抑制と変調レートの高レート化がある。また、移動体として複数の車両を連結してなる列車においては、（３）複数の車両に亘るネットワーク構成制御も干渉回避手段として用いることができる。干渉回避手段を用いる優先順位は、通信周波数帯の切り替えが最も高く、送信電力の抑制と変調レートの高レート化、ネットワーク構成制御が続く。この理由は以下のとおりである。
通信周波数帯を切り替えることができる状況であれば、通信周波数帯を列車間で使い分けることで干渉は完全に回避できるので、本実施形態では、通信周波数帯の切り替えの優先順位を最も高くしている。また、送信電力の抑制と変調レートの高レート化は、列車同士の相対的な移動方向に関わらず、ある程度の干渉抑制の効果が期待できる。これに対し、ネットワーク構成制御は、列車同士がすれ違う場合には効果が薄いため、送信電力の抑制よりも更に優先順位を下げている。しかしながら、この優先順位はあくまでも一例であり、他の優先順位に従った制御を行っても構わない。
なお、送信電力の抑制と変調レートの高レート化は、それぞれ干渉抑制できる理由が異なるので、いずれか一方のみを実施しても構わない。送信電力の抑制を行うと、送信信号が到達する範囲が狭まる結果、他の列車にまで電波を届きにくくすることができる。これにより、他の列車との間の干渉を抑制できる。また、変調レートを高レート化すると、同じ容量のデータの送信に要する時間が減少する結果、通信帯域が占有される時間を短くすることができる。これにより、列車間で無線帯域を使用する時間が重複しにくくなり、干渉抑制することができる。なお、変調レートの高レート化を行う場合、各列車に対して無線帯域を使用する時間も併せて指示することにより、より精緻に干渉を抑制しても良い。
図２において、列車管理サーバ２１は、列車位置管理サーバ１のＬＴＥ（登録商標）送受信部１１との間でＬＴＥ（登録商標）通信を行うＬＴＥ（登録商標）送受信部２１１と、ＧＰＳ衛星から送信される測位用の無線信号を受信して列車の位置情報を求めるＧＰＳ部２１２と、ＧＰＳ部２１２で求められた列車の位置情報を管理するとともに、列車位置管理サーバ１からＬＴＥ通信で送信されてくる列車の位置情報を管理する列車位置管理部２１３と、列車位置管理サーバ１から送信されてくる干渉回避手段を保持する干渉回避手段保持部２１４と、列車位置管理サーバ１から送信されてくるコンテンツを管理するコンテンツ管理部２１５と、コンテンツ等の各種情報を記憶するＨＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の内部ストレージ２１６と、を備える。
列車の各車両間でミリ波通信を行うミリ波車上局２３は、ＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器であり、列車の先頭車両には後部に配置され、最後尾の車両には前部に配置され、先頭車両と最後尾の車両を除く全ての車両には、前部と後部のそれぞれに配置される。図２では、先頭車両に配置された列車管理サーバ２１に接続されたミリ波車上局２３１と、最後尾の車両に配置されたミリ波車上局２３ｎとを示しており、中間のミリ波車上局２３２〜２３ｎ−１については図示を省略している。なお、ミリ波車上局２３１〜２３ｎは、隣接するもの同士で車両間通信を行うことから、車両間通信部２２とも呼ばれる。各ミリ波車上局２３１〜２３ｎは、全て同じ構成であるので、以下、ミリ波車上局２３１を例に挙げて説明する。
ミリ波車上局２３１は、ベースバンド信号を６０ＧＨｚ帯に変調して送信し、また６０ＧＨｚ帯のミリ波を受信してベースバンド信号に復調して出力するミリ波ＲＦ部２３１と、ミリ波車上局２３１の各部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）２３２と、ＣＰＵ２３２を制御するためのプログラムを記憶するとともに、ＣＰＵ２３２の動作に使用され、更に列車の位置情報、干渉回避手段及びコンテンツの各種情報を記憶する内部メモリ２３３と、イーサーネット（登録商標）用インタフェースや電源等を有し、イーサーネット（登録商標）の接続や装置各部に電源を供給するためのＩ／Ｆ、電源等２３４と、を備える。
列車の最後尾の車両に搭載される列車副サーバ２４は、干渉回避手段を保持する干渉回避手段保持部２４１と、コンテンツを管理するコンテンツ管理部２４２と、コンテンツ等の各種情報を記憶するＨＤやＳＳＤ等の内部ストレージ２４３と、を備える。
次に、複数の列車間で発生する電波干渉を回避するための無線パラメータ制御及びネットワーク構成制御について詳細に説明する。
列車位置管理サーバ１は、列車位置情報サービス（ＡＰＩ）を利用して取得した列車の位置情報に基づき、複数の列車の近接を検知し、検知した複数の列車の近接情報から列車間の通信周波数帯の変更が可能な状況かどうか判定し、変更が可能な状況と判断すると、通信周波数帯切替命令を送信する。通信周波数帯の変更が可能な状況の具体例としては、例えば、近接している列車の数がＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器（ミリ波車上局２３）の対応チャンネル数以下である場合である。一方、近接している列車の数がＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器（ミリ波車上局２３）の対応チャンネル数を超える場合は、どのようにチャンネルを割り当てても必ずいずれかの列車間で同じチャンネルが使われてしまう。そのため、近接している列車の数がＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器（ミリ波車上局２３）の対応チャンネル数を超える場合は、通信周波数帯切替命令は送信しない。現在のＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器の対応チャンネル数は、実装上、２チャンネルが上限であることが多い。そのため、本実施形態でも、ＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器（ミリ波車上局２３）の対応チャンネル数は最大２チャンネルであり、２本の列車までしか切り替えることができないものとして説明する。なお、現在の日本の法規におけるＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器の対応チャンネル数の上限は４チャンネルであるため、４チャンネルに対応可能な通信機器を用いることで最大４本の列車まで切り替えることが可能である。また、国ごとの法規の差、技術の進化または法改正等によって、より多くのチャンネル数に対応できるＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器が利用できる場合には、それに応じて対応範囲（列車の数）が広がることは言うまでもない。
ＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器（ミリ波車上局２３）の対応チャンネル数の関係から、通信周波数帯の切り替えでは対応できない場合は、送信電力の抑制命令及びＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme、変調レート）の高レート化命令を送信する。即ち、列車位置管理サーバ１は、近接する少なくとも一方の列車に対して、送信電力の抑制命令とＭＣＳ（変調レート）の高レート化命令を送信する。なお、送信電力の制御量及びＭＣＳの制御量は、事前に電波干渉のない通常時の電波受信レベルを列車位置管理サーバ１が保持しておき、調整によって回線品質が劣化しない適切な値を決定する。また、上述した通り、送信電力の抑制命令とＭＣＳの高レート化命令のいずれか一方を送信する場合もある。
図３は、列車位置管理サーバ１が、近接している列車５０，５１に無線パラメータ切替命令を送信している様子を示す図である。列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１が近接していて、通信周波数帯の変更が可能な状況と判断した場合、列車５０，５１のうち少なくとも一方に通信周波数帯切替命令を送信する。これに対し、通信周波数帯の変更が不可能な状況と判断した場合は、列車５０，５１のうち少なくとも一方に送信電力抑制命令及びＭＣＳ（変調レート）高レート化命令を送信する。
各列車５０，５１の先頭車両には、列車管理サーバ２１と、イーサーネット（登録商標）２５と、制御ホスト（クライアントサーバ）２６と、ミリ波車上局２３（ＷｉＧｉｇ（登録商標）通信機器）２３とが搭載されている。制御ホスト２６は、イーサーネット（登録商標）２５を介して列車管理サーバ２１に接続されている。なお、図３に示す制御ホスト（クライアントサーバ）２６は、上述した図２では省略している。ミリ波車上局２３は、制御ホスト２６に接続されている。ミリ波車上局２３は、先頭車両には後部に１台配置されており、最後尾の車両には前部に１台配置されている。また、先頭車両と最後尾の車両を除く全ての車両には、前部と後部の両方に１台ずつ配置されている。
列車位置管理サーバ１から各列車５０，５１に無線パラメータ切替命令が送信された場合、各列車５０，５１の列車管理サーバ２１は、各車両に存在する制御ホスト２６に対して無線パラメータ切替命令を発行する。各列車５０，５１の各車両の制御ホスト２６は、列車管理サーバ２１から発行された無線パラメータ切替命令に従い、ミリ波車上局２３の無線パラメータを変更する。即ち、各列車５０，５１の各車両に存在する制御ホスト２６は、ミリ波車上局２３の通信周波数帯の変更（即ち、チャンネル切替）、又は送信電力の抑制及びＭＣＳの高レート化を行う。通信周波数帯の変更、又は送信電力の抑制及びＭＣＳの高レート化が行われることで、列車５０の各車両と列車５１の各車両との間の電波干渉が低減する。なお、各列車５０，５１の列車管理サーバ２１は、車両間で通信不能状態が生じていると判明した場合、独立してＭＣＳ（変調レート）の制御を行うことがある。なお、図３において、矢印Ｙ１は列車５０におけるデータ転送方向を示しており、矢印Ｙ２は列車５１におけるデータ転送方向を示している。
一方、上述した干渉回避手段（即ち、通信周波数帯の変更、送信電力の抑制及びＭＣＳの高レート化）では干渉回避が難しい場合、上述したネットワーク構成制御により干渉回避が行われる。例えば、各列車５０，５１において、先頭車両を除く他の車両に存在する列車副サーバ２４（図４参照）に、例えば車内コンテンツ配信タスクなどを委譲する。これによって、列車５０，５１間における無線帯域の占有時間が変化するため電波干渉を抑制できる。
図４は、各５両編成とした列車５０，５１におけるネットワーク構成制御による干渉回避を説明するための図である。同図に示すように、各列車５０，５１の最後尾の車両には、列車副サーバ２４が搭載されている。また、列車５０，５１それぞれの先頭車両には、前述した列車管理サーバ２１及び制御ホスト２６の他に、車両内ＡＰ（Access Point）２７が搭載されている。各列車５０，５１の先頭車両に搭載された列車管理サーバ２１と最後尾の車両に搭載された列車副サーバ２４の情報同期は、干渉の影響がない時間帯を予測して行われる。ここで、干渉の影響がない時間帯は、例えば、列車同士がすれ違う可能性の低い時間帯を列車位置情報サービスや時刻表などに基づいて予想することができる。
最後尾の車両に搭載された列車副サーバ２４に、例えば車内コンテンツ配信タスクを委譲することで、各列車５０，５１の各車両間における無線帯域の占有時間が変化する。各列車５０，５１の各車両間における無線帯域の占有時間は、各車両で制御ホスト２６間の通信量に比例する。ここで、車内コンテンツは、一般的に各車両に対してほぼ同じコンテンツが配信され、かつ、ある車両向けの車内コンテンツを他の車両に転送する必要はない。そのため、列車管理サーバ２１から遠い車両間ほど、無線帯域の占有時間は短くなる。例えば図４では、列車管理サーバ２１から各車両に対して０．２ずつデータを制御ホスト２６に転送するため、列車管理サーバ２１から離れるごとに０．２ずつ車両間の帯域占有率（１が最大）が低下する。なお、この帯域占有率は、ある時間単位において、ある帯域の通信が占有される時間の比率を意味している。すなわち、帯域占有率が１である場合は、ある時間単位の全ての期間で通信が占有されていることを意味する。ここで、干渉しうる列車５０，５１間で合計の無線帯域使用量が１００％以下となれば、列車５０，５１間で無線帯域を占有する時間が重複しないように通信のタイミングを調整できるので干渉回避が可能である。なお、図４において、列車５０の先頭車両における矢印Ｙ１は、列車管理サーバ２１からのデータ転送方向を示しており、また列車５１の最後尾の車両における矢印Ｙ３は、列車副サーバ２４からのデータ転送方向を示している。列車５０の列車管理サーバ２１からのデータ転送方向と列車５１の列車副サーバ２４からのデータ転送方向が逆になる。
次に、ＬＴＥ（登録商標）通信可能路線とＬＴＥ（登録商標）通信不可能路線における列車位置管理サーバ１から列車に通知する制御内容の違いについて説明する。基本的には、列車位置管理サーバ１と列車はＬＴＥ（登録商標）通信などで常に通信できること望ましいが、山間部などでＬＴＥ（登録商標）通信が困難な場合は、通信が可能な駅停車中などで次駅停車までの制御内容を決定するようにしておくとよい。列車位置管理サーバ１は、ＬＴＥ（登録商標）通信可能路線においては、列車走行中でも通信が行えるため、ＬＴＥ（登録商標）通信により列車管理サーバ２１に対して逐次命令を行う。これに対し、列車位置管理サーバ１は、ＬＴＥ（登録商標）通信不可能路線においては、列車走行中は通信ができないため、駅停車時に次の駅までの制御内容をＬＴＥ（登録商標）通信にて列車管理サーバ２１に通知するか、あるいはホーム対列車のＷｉＧｉｇ（登録商標）通信にて通知する。
次に、制御方法としては、ＬＴＥ（登録商標）通信可能路線においては、逐次命令により無線パラメータ制御あるいはネットワーク構成制御を行う。これに対し、ＬＴＥ（登録商標）通信不可能路線においては、駅停車時に次の駅までの通信周波数の設定及びネットワーク構成の設定を行う。ここで、次の駅までに、近接する列車の数や、その近接する時間帯は、列車位置情報サービスや時刻表などに基づいて予想することができる。そこで、駅の停車時に、この予想結果を反映して、通信周波数帯の設定およびネットワーク構成の設定を行うことが可能である。なお、次の駅までではなく、列車の始発駅から終着駅までの全ての期間において、近接する列車の数および時間帯を予測し、通信周波数帯の設定およびネットワーク構成の設定を行うことも可能である。ただし、突然の事故などにより列車の走行予定は随時変化していくため、駅に到着するごとに次の駅までの区間について設定を行う方がより正確な制御を行うことができる。なお、各列車は、指示がなくとも干渉を検知した場合は自衛手段として無線パラメータ制御としてのＭＣＳ制御を行ってもよい。
次に、本実施形態の列車位置管理サーバ１における無線パラメータの決定処理について、ＬＴＥ（登録商標）通信が可能な路線の場合と、ＬＴＥ（登録商標）通信が不可能な路線の場合とに分けて説明する。なお、以下の説明においては、複数の列車として、上述した列車５０，５１を例に挙げる。
（ＬＴＥ（登録商標）通信が可能な路線の場合）
図５は、列車位置管理サーバ１のＬＴＥ通信可能路線における無線パラメータ決定処理を説明するためのフロー図である。同図において、列車位置管理サーバ１は、鉄道会社の位置情報提供サーバ３から提供される列車の位置情報や列車ダイヤのデータベース（図示略）から列車５０，５１の近接を確認する（ステップＳ１）。次いで、列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の近接開始から近接解消までの各列車５０，５１の座標軌跡や速度を導出する（ステップＳ２）。次いで、列車位置管理サーバ１は、導出した各列車５０，５１の速度から、列車５０，５１の相対速度の絶対値が所定速度以上かどうか判定する（ステップＳ３）。列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の相対速度の絶対値が所定速度以上と判定すると（ステップＳ３で「Ｙｅｓ」）、電波干渉回避のための制御は必要としないと判断し（ステップＳ４）、本処理を終える。これは、相対速度の絶対値が大きい場合、列車５０，５１が近接している時間は非常に短いため、仮にその時間に電波干渉が発生したとしても、列車５０，５１が離れた後に再送を行えば、ほぼ遅延なく通信を行うことができるためである。なお、本実施形態では相対速度の絶対値で評価を行っているが、他の基準で処理を分岐させても良い。例えば、列車５０，５１が近接する時間を予測できるのであれば、列車位置管理サーバ１は、予測した時間が所定の時間より短ければ、電波干渉回避のための制御は必要ないと判断しても良い。
これに対し、列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の相対速度の絶対値が所定速度未満であると判断すると（ステップＳ３で「Ｎｏ」）、電波干渉回避のための制御を必要とすると判断し、空きチャンネル（未使用の通信周波数）が存在するかどうか判定する（ステップＳ５）。列車位置管理サーバ１は、空きチャンネルが存在すると判断すると（ステップＳ５で「Ｙｅｓ」）、列車５０，５１の一方の列車にチャンネル変更を指示する（ステップＳ６）。一方の列車にチャンネル変更を指示した後、本処理を終える。これに対し、列車位置管理サーバ１は、空きチャンネルが存在しないと判断すると（ステップＳ５で「Ｎｏ」）、列車５０，５１の進路は直線か又は緩いカーブかどうかを判定する（ステップＳ７）。
列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の進路が直線又は緩いカーブと判断すると（ステップＳ７で「Ｙｅｓ」）、列車５０，５１の両方に送信電力の抑制と、変調レートの高レート化を指示する（ステップＳ８）。列車位置管理サーバ１が列車５０，５１に対して送信電力の抑制と、変調レートの高レート化を指示した後、本処理を終える。これに対し、列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の進路が急カーブと判断すると（ステップＳ７で「Ｎｏ」）、列車５０，５１に対してネットワーク構成制御を設定するよう指示する（ステップＳ９）。列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１に対してネットワーク構成制御を設定するよう指示した後、本処理を終える。ここで、直線又は緩いカーブと、急カーブで、処理を分岐させている理由は以下のとおりである。通信可能な範囲の大小は、送信電力の大小に影響を受ける。そのため、車両間のミリ波車上局２３の位置がずれやすい急カーブで送信電力を抑制すると、通信そのものに失敗してしまう可能性が高まる。そこで、本実施形態では、急カーブにおいては、送信電力の抑制を行わず、ネットワーク構成制御を行うように制御している。なお、カーブの判定は、列車５０，５１の各車両に設置したＧＰＳや、列車５０，５１の走行している地図の位置などから判定することができる。また、「緩いカーブ」と「急カーブ」の境界となる角度については、例えば、送信電力を抑制した場合に通信そのものが困難になる角度を事前に計測しておき、その角度を用いることなどが考えられる。
（ＬＴＥ（登録商標）通信が不可能な路線の場合）
図６は、列車位置管理サーバ１のＬＴＥ通信不可能路線における無線パラメータ決定処理を説明するためのフロー図である。同図において、列車位置管理サーバ１は、鉄道会社の位置情報提供サーバ３から提供される列車の位置情報や列車ダイヤのデータベース（図示略）から次の駅までの列車５０，５１の近接状況を予測する（ステップＳ２０）。次いで、列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の近接開始から近接解消までの各列車５０，５１の座標軌跡や速度を導出する（ステップＳ２１）。次いで、列車位置管理サーバ１は、導出した各列車５０，５１の速度から、列車５０，５１の相対速度の絶対値が所定速度以上かどうか判定する（ステップＳ２２）。列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の相対速度の絶対値が所定速度以上と判定すると（ステップＳ２２で「Ｙｅｓ」）、電波干渉回避のための制御は必要としないと判断し（ステップＳ２３）、本処理を終える。
これに対し、列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１の相対速度の絶対値が所定速度未満であると判断すると（ステップＳ２２で「Ｎｏ」）、電波干渉回避のための制御を必要とすると判断し、空きチャンネル（未使用の通信周波数）が存在するかどうか判定する（ステップＳ２４）。列車位置管理サーバ１は、空きチャンネルが存在すると判断すると（ステップＳ２４で「Ｙｅｓ」）、列車５０，５１の一方の列車にチャンネル変更を指示する（ステップＳ２５）。一方の列車にチャンネル変更を指示した後、本処理を終える。これに対し、列車位置管理サーバ１は、空きチャンネルが存在しないと判断すると（ステップＳ２４で「Ｎｏ」）、列車５０，５１に対してネットワーク構成制御を設定するよう指示する（ステップＳ２６）。列車位置管理サーバ１は、列車５０，５１に対してネットワーク構成制御を設定するよう指示した後、本処理を終える。
ここで、ＬＴＥ（登録商標)通信が不可能な場合に急カーブであるか否かの判定を行っていない理由は、列車同士が近接する位置を事前に予測することが困難なためである。
このように、本実施形態に係る列車位置管理サーバ１によれば、無線通信を行う例えば２つの列車５０，５１の位置情報を取得することで、２つの列車５０，５１の近接を検知し、２つの列車５０，５１の近接を検知した場合、２つの列車５０，５１の間で発生する電波干渉を回避する干渉回避手段として、（１）通信周波数帯の切り替え（即ち、チャンネルの切り替え）、（２）送信電力の抑制と変調レートの高レート化及び（３）ネットワーク構成制御のうちいずれか１つを決定し、決定した干渉回避手段を２つの列車５０，５１のうち少なくとも１つに送信するので、２つの列車５０，５１間での無線通信による電波干渉を抑制できる。これにより、２つの列車５０，５１が近接してもそれぞれの列車において安定した通信を行うことが可能となる。
また、列車位置管理サーバ１と列車管理サーバ２１との無線通信に、ＬＴＥ（登録商標）規格に準拠する無線通信を用いたことで、ＬＴＥ通信が可能なエリアであれば、列車が移動中であっても干渉回避手段を送信することができる。
また、２つの列車５０，５１における各車両間の無線通信に、ＷｉＧｉｇ（登録商標）規格に準拠する無線通信を用いたことで、大容量のデータを高速に送信することができ、またアンテナの小型化が図れる。
なお、本実施形態では、移動体を鉄道車両としたが、自動車や人物が所持する携帯端末等であってもよい。ただし、本実施形態を列車以外の形態に応用する場合は、互いに無線通信を行う複数の移動体がグループ単位でまとまって移動する構成となっていることが好ましい。更に、ネットワーク構成制御を応用するためには、複数の移動体が互いに連なっており、その連なりに沿って無線通信の通信量が減少していくようなグループが構成されていることが好ましい。
本実施形態では、車両間の通信はＷｉＧｉｇ（登録商標）で行っていたが、他の通信方式で実現しても良い。例えば、ミリ波を使った他の通信方式であっても良いし、さらに異なる無線通信方式であっても良い。
本実施形態では、先頭車両に列車管理サーバ２１を、最後尾の車両に列車副サーバ２４を配置していたが、他の車両に配置しても良い。すなわち、近接する列車同士で帯域占有率の合計が１（１００％）以下になるのであれば、どの車両に配置しても良い。また、列車管理サーバ２１と列車副サーバ２４とは、同一の構成であっても良い。列車の進行方向は随時変化し得るため、先頭と末尾が逆になることも頻繁に発生するためである。
以上、本発明の一実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本発明に係る管理サーバ及び管理方法は、複数の移動体から構成される列車等のグループに適用可能である。
１ 列車位置管理サーバ
２ 列車内システム
３ 位置情報提供サーバ
１１ ＬＴＥ送受信部
１２ 列車位置取得・管理部
１３ 列車近接検知・列車相対速度計算部
１４ 干渉回避手段決定部
２１ 列車管理サーバ
２２ 車両間通信部
２３１〜２３ｎ ミリ波車上局
２４ 列車副サーバ
２５ イーサーネット
２６ 制御ホスト
２７ 車両内ＡＰ
５０，５１ 列車
２１１ ＬＴＥ送受信部
２１２ ＧＰＳ部
２１３ 列車位置管理部
２１４ 干渉回避手段保持部
２１５ コンテンツ管理部
２１６ 内部ストレージ
２３１ ミリ波ＲＦ部
２３２ ＣＰＵ
２３３ 内部メモリ
２３４ Ｉ／Ｆ、電源等
２４１ 干渉回避手段保持部
２４２ コンテンツ管理部
２４３ 内部ストレージ

Claims (12)

  1. 複数の移動体から構成されるグループを管理する管理サーバであって、
    前記複数の移動体それぞれは、同一のグループに属する他の移動体との間で無線通信を行い、かつ、前記グループ単位で移動し、
    前記管理サーバは、
    複数のグループそれぞれの位置情報を取得する位置取得部と、
    前記複数のグループそれぞれの位置情報に基づき、互いに近接するグループを検知する近接検知部と、
    前記互いに近接するグループが検知された場合、前記互いに近接するグループそれぞれのグループ内で行われる無線通信によって発生する、前記互いに近接するグループ間の電波干渉を回避する干渉回避手段を決定する干渉回避手段決定部と、
    決定された前記干渉回避手段の実施の指示を、前記互いに近接するグループのうち少なくとも１つに送信する干渉回避手段送信部と、を備えた、
    管理サーバ。
  2. 請求項１に記載の管理サーバであって、
    前記干渉回避手段は、前記グループ内で行われる前記複数の移動体間の無線通信の無線パラメータ制御である、
    管理サーバ。
  3. 請求項２に記載の管理サーバであって、
    前記干渉回避手段決定部は、更に、前記互いに近接するグループの数が前記グループ内で行われる無線通信で利用することのできる通信周波数帯の数以下であれば、前記無線パラメータ制御として、通信周波数帯の切り替えを決定する、
    管理サーバ。
  4. 請求項３に記載の管理サーバであって、
    前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループの数が前記グループ内で行われる無線通信で利用することのできる通信周波数帯の数を超えていれば、前記無線パラメータ制御として、前記グループ内で行われる無線通信の送信電力の抑制を決定する、
    管理サーバ。
  5. 請求項３に記載の管理サーバであって、
    前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループの数が前記グループ内で行われる無線通信で利用することのできる通信周波数帯の数を超えていれば、前記グループ内で行われる無線通信の変調レートの高レート化を、前記無線パラメータ制御として決定する、
    管理サーバ。
  6. 請求項２に記載の管理サーバであって、
    前記グループそれぞれにおいて前記複数の移動体は互いに連なっており、前記複数の移動体は連なりに沿って通信量が減少する無線通信を行い、
    前記干渉回避手段決定部は、前記通信量が減少する方向を、前記互いに近接するグループ間で異ならせる制御であるネットワーク構成制御を、前記無線パラメータ制御として決定する、
    管理サーバ。
  7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の管理サーバであって、
    前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループが近接する速度が所定の速度以上の場合、前記干渉回避手段の実施は不要であると決定する、
    管理サーバ。
  8. 請求項１に記載の管理サーバであって、
    前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループのうち、少なくとも１つに含まれる２以上の移動体間の角度が所定の角度を超えているか否かに応じて、異なる干渉回避手段を決定する、
    管理サーバ。
  9. 請求項１に記載の管理サーバであって、
    前記グループは、予め定められた区間を移動し、
    前記管理サーバは、
    前記グループが移動する区間に、前記干渉回避手段送信部と前記グループに含まれる複数の移動体のうち少なくとも１つとの間の通信が困難な区間が含まれる場合、前記通信が困難な区間において互いに近接するグループが存在するか否かを予測し、
    前記通信が困難な区間において前記互いに近接するグループが存在すると予測された場合、
    前記干渉回避手段決定部は、前記互いに近接するグループが、前記通信が困難な区間に移動する前に、前記干渉回避手段を決定し、
    前記干渉回避手段送信部は、決定された前記干渉回避手段の実施の指示を、前記互いに近接するグループのうち少なくとも１つに送信する、
    管理サーバ。
  10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の管理サーバであって、
    前記グループは、前記複数の移動体を連結してなる列車であり、
    前記複数の移動体は、前記列車を構成する複数の車両である、
    管理サーバ。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の管理サーバであって、
    前記複数の移動体が行う無線通信は、ミリ波を用いた通信である、
    管理サーバ。
  12. 複数の移動体から構成されるグループを管理する管理方法であって、
    前記複数の移動体それぞれは、同一のグループに属する他の移動体との間で無線通信を行い、かつ、前記グループ単位で移動し、
    前記管理方法は、
    複数のグループそれぞれの位置情報を取得し、
    前記複数のグループそれぞれの位置情報に基づき、互いに近接するグループを検知し、
    前記互いに近接するグループが検知された場合、前記互いに近接するグループそれぞれのグループ内で行われる無線通信によって発生する、前記互いに近接するグループ間の電波干渉を回避する干渉回避手段を決定し、
    決定された前記干渉回避手段の実施の指示を、前記互いに近接するグループのうち少なくとも１つに送信する、
    管理方法。
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