JP3739662B2 - 無線通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一のネットワーク内の移動端末が１台のビーコン局と複数台のスレーブ局で構成されている複数のネットワーク間及び同一ネットワーク内での無線通信システムにおける送信異常、受信異常検出技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基地局なしで複数のネットワーク間及び同一ネットワーク内での無線通信が行われる通信環境として、例えば、車両間の無線通信システムがあり、基地局を用いることなく車両間の通信を行なうにはコンテンション方式を採用することが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
車両間での無線通信技術の開発は、道路交通システムや鉄道車両システム等への応用が大変期待されるものである。具体的には、同一進路上の前方車両の速度や位置を後続車へ通報したり、他車両の異常情報が入手できることは、走行中の車両制御にとって大変貴重な情報となる。
【０００４】
しかし、基地局を用いることなく車両間の通信を行なうためにコンテンション方式をそのまま導入すると車両の台数や運用形態を考慮したシステム設計が不可能となるといった問題点がある。
【０００５】
一方、車両間の通信手段として、線路や道路側に各車両との無線通信制御を行なう装置等の高度なバックボーンを必要とせず、簡便に利用できる無線システムの構築が望まれているが、車両間のこのような無線通信システムの構築に際しては無線通信であるが故に、通信の信頼性、周波数の有効利用、隠れ端末問題や通信チャンネルの確保等を考慮した無線通信システムが当然考慮されなければならないという無線通信技術上の要請がある。
【０００６】
このような課題を解決するための技術として、本願出願人が平成１１年１０月２０日に出願の特願平１１−２９８３８６号に提案の無線通信システムがある。
【０００７】
上記特願平１１−２９８３８６号の無線通信システムでは、例えば、図８に示す車両間無線通信システム３００で、無線通信機器を搭載した車両１−１、・・、１−３、車両２−１、２−２、車両３−１、３−２からなる車両グループ１、２、３、４・・・に属している各車両の無線通信機器がビーコン（Beacon：基準信号）制御フレーム（ビーコンフレーム）と呼ばれるグループ内の各無線通信機器の通信チャンネル割当てを行う機能を備えた制御フレームを用いて通信チャンネルの取得を行なうようにすることにより、グループ内の各無線通信機器（スレーブ局）が割当てられた各データスロット期間において特定の無線通信機器にのみデータフレームの送信を行う権利があるようにし、他の無線通信機器とのデータフレームの衝突が発生しないように構成している。
【０００８】
特願平１１−２９８３８６号のプロトコルは、図９に示すビーコンを使用した無線通信システムの通信プロトコルの説明図に示すように時間的に分割されたビーコン期間９１とデータ期間９２を合わせたものを一単位とし、これを一つのチャンネルとして使用する(図９（ａ））。また、ビーコン期間、データ期間は図９（ｂ）に示すようにそれぞれ複数のスロット９３で構成されている。
【０００９】
ここで、同一ネットワーク内（つまり、同一グループ内）でチャンネルを取得して通信を行いたい時は各ネットワークに１台存在するビーコン局はビーコン期間からランダムに１つのスロットを選択する。そして、この選択したスロットを送信スロットとし、ビーコンフレームを送信する準備をする。
【００１０】
送信スロットとして選択しなかったスロットでは、他のネットワークのビーコン局がビーコンフレームを送信したか否かをチェックするために受信動作を行う。ここで、自ネットワークのビーコン局がビーコンフレームを送信する前に他のネットワークのビーコンを受信すると、このチャンネルは他のネットワークのチャンネルとなる。これに対し、他のネットワークのビーコンを受信する前にビーコンフレームを送信できればこのチャンネルは自ネットワークのチャンネルとなる。つまり、自ネットワークのビーコンを送信、または受信することでチャンネルを取得できればビーコン期間９１に続くデータ期間９２でデータ通信が行われる。
【００１１】
しかしながら、上記特願平１１−２９８３８６号で提案の無線通信システムでは、グループ内の無線通信がすでに確立していることを前提としており、無線システム起動時における無線通信機器異常（送信異常及び受信異常）の検出手段が明確でないという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記課題の解決を目的としてなされたものであり、同一のネットワーク内の無線通信機器が１台のビーコン局と複数台のスレーブ局で構成されている複数のネットワーク間及び同一ネットワーク内での無線通信システムの起動時に、送信異常及び受信異常の検出手段を有する無線通信システムの提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第１の発明の無線通信システムは、複数の無線通信機器間で無線通信を行って構成される複数のネットワークと、前記各ネットワーク内の、一つの無線通信機器に割り当てられたビーコン局及びそのネットワークの他の無線通信機器にそれぞれ割り当てられたスレーブ局と、を有し、それぞれ複数のスロットに時分割したビーコン期間とデータ期間が交互に繰り返されるように構成され、ビーコン期間とデータ期間の対を一単位とし、これを１チャンネルとして使用し、ビーコン期間でのビーコンフレームの送受信により各ネットワークでチャンネル取得する手順と、この手順によりチャンネル取得した場合は、ビーコン期間の後に続くデータ期間において各スレーブ局にそれぞれ割り当てられたデータスロットにおいてのみスレーブ局からデータフレームを送信するように制御する手順を含む通信プロトコルと、を備えた無線通信システムにおいて、前記無線通信機器は、他の無線通信機器との間で無線通信を行う無線通信部と、自機が属しているグループのビーコンフレームまたはデータフレームを受信する際に、当該グループ内の各無線通信機器からのフレーム受信の有無を確認する手段と、前記フレームの受信の有無および当該フレームに含まれるリンク情報に基づいて、当該無線通信機器の無線通信部あるいは当該グループ内の各無線通信機器の無線通信部毎の異常の有無および異常があった場合にその状態を検出する送受信動作確認手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明は、上記第１の無線通信システムにおいて、前記送受信動作確認手段は、起動時に、異常の有無および異常があった場合の状態を検出することを特徴とする。
【００１５】
また、第３の発明は上記第２の無線通信システムにおいて、無線通信機器は、更に、無線リンク状態を検出する無線リンク状態検出手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、第４の発明は上記第３の無線通信システムにおいて、無線通信機器は、グループ内の自機以外の無線通信機器の個数分のリンクカウンタを備え、無線リンク状態検出手段は、更新周期及びカウンタ判定値を設定する設定手段と、リンクカウンタの更新時間を検出する更新時間検出手段と、更新時間検出手段により更新時間が検出された場合は、各リンクカウンタをカウントアップするカウントアップ手段と、検出された更新時間内で自グループの無線通信機器からのデータを受信した場合はそのデータを送信した無線通信機器に対応するリンクカウンタをゼロクリアするカウンタクリア手段と、更新時間が検出された場合に、各無線通信機器に対応するリンクカウンタの値をそれぞれ調べ、リンクカウンタの値がカウンタ判定値を超えている場合は、自機と当該リンクカウンタに対応する無線通信機器との無線リンクが切断されていると判定し、リンクカウンタの値がカウンタ判定値を超えていない場合は、自機と当該リンクカウンタに対応する無線通信機器との無線リンクが接続していると判定する無線リンク状態判定手段と、
を有することを特徴とする。
【００１７】
また、第５の発明は上記第４の無線通信システムにおいて、無線リンク状態検出手段による無線リンク状態検出結果は、ビーコンフレーム及びデータフレームに無線リンク情報として組み込まれることを特徴とする。
【００１８】
また、第６の発明は上記第５の無線通信システムにおいて、ビーコン局として割り当てられた無線通信機器の送受信動作正否検出手段は、グループ内でスレーブ局として割り当てられた無線通信機器からの応答待ち時間を計測する応答時間計測手段と、グループ内でスレーブ局として割り当てられた無線通信機器からのリンク情報を基に送受信状態を判定する送受信状態判定手段と、を備え、受信状態判定手段は、応答待ち時間内に、自機がグループ内でスレーブ局として割り当てられた全ての無線通信機器から無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは自機の送受信動作は正常と判定し、応答待ち時間内に、自機がグループ内でスレーブ局として割り当てられたどの無線通信機器からも無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取れなかったときは自機の受信動作は異常と判定し、応答待ち時間内に、自機がグループ内でスレーブ局として割り当てられた一部の無線通信機器からのみ無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは、無線リンク接続を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機の送受信動作は異常と判定する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、第７の発明は上記第５の無線通信システムにおいて、スレーブ局として割り当てられた無線通信機器の送受信動作正否検出手段は、グループ内のビーコン局からのビーコンフレームを受信したか否かを検出するビーコン受信検出手段と、ビーコン受信検出手段によってビーコンフレームの受信が検出されたとき、グループ内の各無線通信機器からの応答待ち時間を計測する応答時間計測手段と、グループ内の各無線通信機器からのリンク情報を基に送受信状態を判定する送受信状態判定手段と、を備え、受信状態判定手段は、応答待ち時間内に、自機がグループ内の全ての無線通信機器から無線リンク接続を意味するリンク情報を受信したときは自機及びグループ内の他の全ての無線通信機器の送受信動作は正常と判定し、応答待ち時間内に、自機が無線リンク接続を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機器がグループ内に１つでもあったときは自機の送信動作は異常と判定し、応答待ち時間内に、自機がグループ内の一部の無線通信機器からのみ無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは無線リンク情報を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機の送受信動作は異常と判定する、ことを特徴とする。
【００２０】
また、第８の発明は上記第１乃至第７のいずれかの発明の無線通信システムにおいて、無線通信機器は移動体に搭載されていることを特徴とする。
【００２１】
また、第９の発明は上記第８の無線通信システムにおいて、ビーコン局として割り当てられた無線通信機器を搭載した移動体は、グループ化された移動体のうちで先頭を移動している移動体であることを特徴とする。
【００２２】
また、第１０の発明は上記第８または第９の無線通信システムにおいて、移動体は車両であることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の車両間の無線通信システムにおいて各車両に搭載する無線通信機器の一実施例の構成を示すブロック図であり、無線通信機器１００はアンテナ１１１、無線通信部１１２、制御部１１３、メモリ１１４及び車両インターフェイス１１５を備えている。
【００２４】
無線通信部１１２は制御部１１３の制御下で所定の通信手順によりアンテナ１１１を介してビーコン制御フレームの受信及びデータフレームの送受信を行なう。なお、無線通信機器１００が後述するビーコン局の場合にはビーコン制御フレームの送受信及びデータフレームの送受信を行なう。
【００２５】
制御部１１３は図示しないＣＰＵ、プログラム格納メモリ及び内部時計１１９と周辺回路から構成され、装置全体の制御及びプログラム格納メモリに格納されている各プログラムを実行制御し、グループＩＤ情報の比較や、優先度の判定、内部時計のビーコン時間に基づく修正、他のグループとの時刻同期等の実行制御を行なう。また、プログラム格納メモリには無線通信装置全体の制御を行なう制御プログラムや通信プロトコルのほか、本発明の車両間無線通信システムにおける通信制御等や必要な処理を行なうプログラムを格納している。
【００２６】
また、メモリ１１４は無線通信部１１２を介して受信したビーコン制御フレーム及びデータフレームの記憶や車両インターフェース１１５を介して取得した車両データを制御部１１３の制御下で記憶する。
【００２７】
図２は無線通信チャンネルの通信手順の説明図であり、図３に示すような４台隊列構成時のグループ内無線通信手順を示している。なお、図３はグループを４台隊列の各車両で構成した場合のグループ間の無線通信手順の説明図であり、各車両はそれぞれ図１に示したような無線通信機器を搭載している。
【００２８】
ここで、グループ内通信とは、図２（ａ）に示すように、そのグループ１、２、３、４、・・に属している車両の無線通信機器（この例ではグループ２の車両）が通信チャンネルを取得している期間（図２（ｃ））を示している。各グループ１、２、３、４、・・の通信チャンネルはビーコン（Beacon：基準信号）制御フレームと呼ばれる特別な制御フレームを用いて通信チャンネルの取得を行なう。
【００２９】
このビーコン制御フレームには、グループ内の各無線通信機器の通信チャンネル割当て（slot）を行う機能が備わっている（図２（ｂ））。この通信チャンネル割当て機能とは、自無線通信機器が所属しているグループＩＤを持つビーコン制御フレームを受信した無線通信機器が自無線通信機器に割当てられたデータスロット（data slot）（図２（ｂ）の例では４個のスロットslot１〜slot４）期間にデータフレームを送信する為の割当て時刻を計算する基準時刻を示す機能である。
従って、グループ内の各無線通信機器は、割当てられた各データスロット期間slot１〜slot４において、特定の無線通信機器にのみデータフレーム送信を行う権利があるので他無線通信機器とのデータフレームの衝突が発生しない。このようにビーコン制御フレームを用いることにより、通信チャンネルの確保、衝突の起こらないデータ通信環境を実現することができる。
【００３０】
ここで、グループ内の各無線通信機器が正常に起動し、正しい初期設定（起動情報等を含む）が行われれば、上述した図２の無線通信手順が実行される。しかし、実際には、無線通信機器の故障や設定情報の誤り等を起因として無線通信手順が動作できない場合が生じ得る。
【００３１】
このような状況を前提として、図３に示す４台隊列の車両１１〜１４の間の無線通信手順の一例について説明する。
図３で、先頭車両１１からは無線チャンネル獲得を目的にビーコン制御フレーム２０が送信される（図３（ａ））。先頭車両１１はビーコン制御フレーム２０の送信処理を終了すると、送信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot１のタイミングで車両データフレーム２１を送信する（図３（ｂ））。
【００３２】
２番目の車両１２は先頭車両１１から受信したビーコン制御フレーム２０が自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot２のタイミングで車両データフレーム２２を送信する（図３（ｃ））。
【００３３】
同様に、３番目の車両１３は先頭車両１１から受信したビーコン制御フレーム２０が自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot３のタイミングで車両データフレーム２３を送信する（図３（ｄ））。
【００３４】
同様に、４番目の車両１４は受信したビーコン制御フレーム２０が自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot４のタイミングで車両データフレーム２４を送信する（図３（ｅ））。
【００３５】
このように、各車両は受信したビーコン制御フレームが自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレームを基準としたデータスロット（data slot）のタイミングで車両データフレームを送信する。
【００３６】
したがって、先頭車両では送信したビーコン制御フレームに追従した各データスロットにおいて、グループ内の各車両からのデータ受信の有無を確認することにより、▲１▼自車両の無線通信機器の送信機能及び受信機能が正常に動作しているか否か、▲２▼グループ内の各車両の起動が行われ、各車両の無線通信機器の送信機能及び受信機能が正常に動作しているか否か、を確認できる（図５〜図７参照）。
【００３７】
また、図４は無線リンク状態検出手順の説明図である。前述した無線通信手順（図２）によれば、ビーコン制御フレームによりある間隔で通信チャンネルを取得することができる。そこで、グループ内の各車両（無線通信機器）との無線状況を把握するために、無線通信機器は、
ａ：ある時間範囲内でのチャンネル取得の有無と自無線通信機器が所属するグループのビーコン制御フレーム受信後からの経過時間がシステムで定めた時間を超えたことを検出する。これは、ビーコン送信機能の有効化手順やグループ構成手順に関わる重要な情報となる。
【００３８】
ｂ：取得したチャンネルにおける、各データスロット（data slot）に対応する無線通信機器のデータフレームの受信状況を把握する。例えば、グループ内の各無線通信機器毎にリンクカウンタ３１を設けて、対応する無線通信機器からの受信があればカウンタをクリア、受信がなければカウンタを＋１するといった処理を行なう。ここで、図４ではリンクカウンタ３１のみを示したがリンクカウンタは各無線通信機器毎に同一グループ内の無線通信機器の個数−１個（自無線通信機器用のリンクカウンタは不要である）だけ設けられる。
【００３９】
前述した無線通信手順では、ビーコン制御フレームによりシステムで想定された最大チャンネル取得間隔が決定される。これは、システムが無線通信に必要とするデータ量やデータ発生頻度等から決定され、ビーコン間隔やビーコン制御フレーム送信時のランダム遅延量等のシステムパラメータを決定する。これらのパラメータより、チャンネル取得間隔が定められるので、これを基に限界時間（リンクカウンタ値）を設定すればこの限界値を越えた場合には対応する無線通信機器との通信が不可能となったことを検知できる。つまり、このリンクカウンタ３１より、各無線通信機器では、グループ内の各無線通信機器との受信状況情報を取得し、この受信状況情報より、グループ内での通信の状態、つまり無線リンク状態を判断することができる。
【００４０】
したがって、上記図４の無線リンク状態検出手順により得られた結果を図３のビーコン制御フレーム２０及びデータフレーム２１、２２、２３、２４内に埋め込むことによりグループ内の各車両は自車両から送信したビーコン制御フレームやデータフレームがグループ内の各車両で受信されたことを確認することができる。つまり、これにより、各車両の無線通信機器の送信機能が正常に動作したか否かを確認することができる。
【００４１】
図５は先頭車両に搭載された無線通信機器の起動時における無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートであり、図３に示したグループの先頭車両１１に搭載された無線通信機器（ビーコン局）を例とする。
【００４２】
ステップＳ１：（無線通信機器の初期化）
図３に示したような複数の車両の隊列で、先頭車両１１に搭載された無線通信機器をビーコン局とすると、先頭車両の無線通信機器が起動されると無線通信機器の制御部（１１３）は内部の初期化、つまり、設定値の初期化等を行い、自局の内部時計（１１９）によりビーコン送信計画を立てる。ビーコン計画基準として、例えば、各グループに割り当てられた通信時間＝１０msecとし、内部時計は１０μsec単位とする。
【００４３】
ステップＳ２：（無線通信手順の準備）
ビーコン期間では先頭車両１１の無線通信機器の無線通信部（１１２）は、優先順位テーブル（図示せず）を参照しながら自グループの順番（slot）を待つ。この順番は、時間管理されており、例えば、内部時計（１０μsec）を単位として順番に送信権が与えられる。自グループの送信権の時にビーコン制御フレームの送信が可能であるので、チャンネルを取得したいグループは、優先順位テーブルに従いビーコン制御フレームを送信する。
【００４４】
ステップＳ３：（ビーコン送信手順の開始）
先頭車両１１の無線通信機器の無線通信部（１１２）は無線チャンネル獲得を目的にビーコン制御フレーム２０を送信する。
【００４５】
ステップＳ４：（応答待ちタイマの設定）
先頭車両１１の無線通信機器の制御部（１１３）（以下、単に制御部と記す）はグループ内の他の車両に搭載されている無線通信機器（スレーブ局）からの応答待ち時間τ、つまり、データフレーム受信待ち時間をタイマ（１１９）に設定する。
【００４６】
ステップＳ５：（応答待ち時間内での受信の有無判定）
次に、制御部はタイマに設定された応答待ち時間内に無線通信部がグループ内の他の全ての車両の無線通信機器からデータフレームを受信したか否かを調べ、全ての車両の無線通信機器からデータフレームを受信した場合はデータフレームに埋め込まれているリンク情報（無線リンク検出手順によって得られた結果）を全て受け取れるので、先頭車両の無線通信機器の送受信処理は正常として起動処理を終了する。また、グループ内の他の全車両の無線通信機器からのデータフレームを１つでも受信できなかった場合はステップＳ６に遷移する。
【００４７】
なお、グループ内の他の車両の無線通信機器からのデータフレームか否かは受信したフレームのグループＩＤが自機のグループＩＤか否かを調べることによって判定できる。また、全ての車両の無線通信機器からデータフレームを受信したか否かは、自機のリンクカウンタを順次調べることによって判定できる。
【００４８】
ステップＳ６：（先頭車両の無線通信機器の受信異常検出）
制御部は無線通信部がグループ内の他のいずれかの車両の無線通信機器からデータフレームを受信したか否かを調べ、いずれの車両の無線通信機器からもデータフレームを受信していない場合はリンク情報を受け取れないので先頭車両に搭載された無線通信機器の受信異常によりリンクが切断されたと判定し起動処理を終了する。また、いずれかの車両の無線通信機器からデータフレームを受信している場合はステップＳ７に遷移する。
【００４９】
ステップＳ７：（未受信車両の無線通信機器の異常検出）
制御部はデータフレームを受信していない車両（応答未受信車両）の無線通信機器を特定し、それら無線通信機器の受信異常によりリンクが切断されたと判定し起動処理を終了する。また、未受信車両の無線通信機器の特定は、自機のリンクカウンタを順次調べ、値が０でないリンクカウンタに対応している無線通信機器のＩＤを取り出すことによって行うことができる。なお、応答無受信車両の無線通信機器は１台分とは限らず、複数の場合もある。
【００５０】
上記図５のフローチャートにより、ビーコン局は、応答時間内にグループ内の他のスレーブ局全てからデータフレームを受信できればビーコン局の受信動作は正常と判断でき、グループ内のスレーブ局のいずれからもデータフレームを受信できなかった場合はビーコン局の受信動作に異常があることを検出でき、グループ内のビーコン局の少なくとも１つからデータフレームを受信できたときはデータフレームを受信できなかったスレーブ局の送受信動作のいずれかに異常があることを検出できる。
【００５１】
図６は先頭車両以外の車両に搭載された無線通信機器の起動時の無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートであり、図３に示したグループの先頭車両１１以外の車両１２〜１４に搭載された無線通信機器（スレーブ局）を例とする。
【００５２】
ステップＴ１：（無線通信機器の初期化）
図３に示したような複数の車両の隊列で、先頭車両１１以外の車両１２〜１４に搭載された無線通信機器をスレーブとすると、先頭車両以外の無線通信機器が起動されると無線通信機器の制御部は内部の初期化、つまり、設定値の初期化等を行なう。
【００５３】
ステップＴ２：（無線通信手順の準備）
データ期間で、先頭車両以外の車両の無線通信機器は優先順位テーブル（図示せず）を参照しながら自無線通信機器の順番（slot）を待つ。この順番は、時間管理されており、例えば、内部時計（１０μsec）を単位として順番に送信権が与えられる。
【００５４】
ステップＴ３：（自グループのビーコン受信判定）
先頭車両以外の車両の無線通信機器の制御部（以下、制御部）は無線通信部が自グループのビーコン制御フレームを受信したか否かを調べ、自グループのビーコン制御フレームを受信した場合はステップＴ４に遷移する。
【００５５】
ステップＴ４：（応答待ちタイマの設定）
制御部はグループ内の他の車両に搭載されている無線通信機器からの応答待ち時間τ、つまり、データフレーム受信待ち時間をタイマに設定する。
【００５６】
ステップＴ５：（応答待ち時間内での受信の有無判定等）
次に、制御部はタイマに設定された応答待ち時間内に無線通信部がグループ内の他の全ての車両の無線通信機器からのデータフレームを受信したか否かを調べ、受信した場合は、更に、受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報を調べ、ビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していることを意味する場合、つまり、無線リンク接続を意味している場合は自車両の無線通信機器の受信処理は正常として当該車両の無線通信機器の起動処理を終了する。また、グループ内の他の全車両の無線通信機器からのフレームを１つでも受信できなかった場合はステップＴ６に遷移する。
【００５７】
なお、グループ内の他の車両の無線通信機器からのフレームか否かは受信したフレームのグループＩＤが自機のグループＩＤか否かを調べることによって判定できる。また、全ての車両の無線通信機器からフレームを受信したか否かは、リンクカウンタの値が全て０か否かを調べることによって判定できる。
【００５８】
ステップＴ６：（リンク情報の確認）
制御部は、無線通信部がグループ内の他のいずれかの車両の無線通信機器からフレームを受信したか否かを、受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報を調べ、ビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していることを意味する場合はステップＴ７に遷移し、ビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していないことを意味する場合はステップＴ８に遷移する。
【００５９】
ステップＴ７：（未受信自車両の無線通信機器の異常検出）
これにより、制御部は自車両の無線通信機器の送信動作が正常であることを確認できる。また、制御部はビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信できなかった車両の無線通信機器がどれかをリンクカウンタを基に調べ、自車両からのデータフレームを受信できなかった無線通信機器の受信動作または送信動作に異常ありとして起動処理を終了する。
【００６０】
ステップＴ８：（自車両の無線通信機器の送信異常検出）
制御部は受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していないことを意味するので、自車両の無線通信機器の送信動作に受信異常ありとして起動処理を終了する。
【００６１】
上記図６のフローチャートにより、スレーブ局は、応答時間内にグループ内のビーコン局または他のスレーブ局全てからデータフレームを受信できれば自局の受信動作は正常と判断できる。また、受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報を調べることができ、自局から送信したデータフレームが同一グループのいずれの局でも受信されていない場合は自局の送信動作に異常があることを検出できる。また、自局から送信したデータフレームが同一グループのある局では受信され、ある局では受信されていない場合は、受信していない局の送受信動作のいずれかに異常があることを検出できる。
【００６２】
図７は無線リンク状態検出手順におけるリンクカウンタの処理手順の一実施例を示すフローチャートである。
【００６３】
ステップＵ１：（リンクカウンタ更新周期タイマ設定）
無線通信機器はリンクカウンタ更新周期タイマ（以下、周期タイマ）の更新周期値を設定すると共にカウント値を設定する。ここで、自車両分のリンクカウンタは不要であるため、リンクカウンタはグループ内の車両台数−１台分準備されている。また、例えば、更新周期を１０msecとし、カウント値を１０としリンクカウンタを１０msec毎にカウントアップすると、周期タイマは１００msecでカウンタオーバーとなる。
【００６４】
ステップＵ２：（周期タイマの更新の要否判定）
無線通信機器の制御部は周期タイマに更新周期値を加算し、タイムオーバーか否かを調べタイムオーバーの場合はステップＵ３に遷移し、タイムオーバーでない場合はステップＵ４に遷移する。
【００６５】
ステップＵ３：（リンクカウンタの更新）
無線通信機器の制御部は各リンクカウンタに１を加えて各リンクカウンタを更新する。
【００６６】
ステップＵ４：（フレーム受信の有無判定）
無線通信機器の制御部は、無線通信部がフレーム（無線データ）を受信したか否かを調べ、フレームを受信した場合はステップＵ５に遷移し、受信していない場合はステップＵ６に遷移する。
【００６７】
ステップＵ５：（受信フレームの送信グループ判定）
無線通信機器の制御部は、受信フレームに含まれているグループＩＤを調べ、受信フレームが自グループの無線通信機器から送信されたフレームか否かを判定し、自グループの無線通信機器から送信されたフレームでない場合はステップＵ６に遷移する。また、自グループの無線通信機器から送信されたフレームの場合はデータスロットのリンクカウンタ（つまり、受信フレームを送信した無線通信機器に対応するリンクカウンタ）の値をゼロクリアし、ステップＵ６に遷移する。
【００６８】
ステップＵ６：（カウンターオーバーの判定及びリンク切断等）
無線通信機器の制御部は、周期タイマの値を調べ、カウンタオーバーであればリンク切断状態と判定し、それ以外の場合はリンク接続状態と判定してステップＵ２に戻る。
【００６９】
以上、本発明の一実施例について説明したが本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能であることはいうまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
上記説明したように、第１〜第５の発明の無線通信システムによれば、各無線通信機器は、同一グループの無線通信機器からのフレーム受信の有無を確認する手段を設けているので、グループ内の全ての無線通信機からフレームを受信できた場合は自機の受信動作は正常と判定することができ、グループ内の全ての無線通信機からフレームを受信できなかった場合は自機の受信動作異常と判断することができ、フレームを受信できなかった無線通信機があった場合はその無線通信機の送信動作及び／または受信動作異常と判断することができる。つまり、無線システム設計上必要な無線通信システムの起動時における無線通信機の異常を検出できる。
【００７１】
また、第６の発明の無線通信システムによれば、ビーコン局として割り当てられた無線通信機は起動時に自機の送受信動作の正否及び同一グループ内のスレーブ局の送受信動作の異常を検出できる。
【００７２】
また、第７の発明の無線通信システムによれば、スレーブ局として割り当てられた無線通信機は起動時に自機の送受信動作の正否及び同一グループ内の他の無線通信機の送受信動作の異常を検出できる。
【００７３】
また、第８〜１０の発明の無線通信システムによれば、起動時に、グループ化された移動体等に搭載された各無線通信装置の通信確立と共に、効率のよい無線通信異常検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両間の無線通信システムにおいて各車両に搭載する無線通信機器の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】無線通信チャンネルの通信手順の説明図である。
【図３】グループを４台隊列の各車両で構成した場合の、グループ間の無線通信手順の説明図である。
【図４】無線リンク状態検出手順の説明図である。
【図５】先頭車両に搭載された無線通信機器の起動時における無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートである。
【図６】先頭車両以外の車両に搭載された無線通信機器の起動時の無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートである。
【図７】無線リンク状態検出手順におけるリンクカウンタの処理手順の一実施例を示すフローチャートである。
【図８】車両間無線通信システムの説明図である。
【図９】ビーコンを使用した無線通信システムの通信プロトコルの説明図である。
【符号の説明】
１−１、１−２、１−３、２−１、２−２、３−１、３−２、１１〜１４ 車両（移動体）
２０ ビーコン制御フレーム（ビーコンフレーム）
２１〜２４ データフレーム
３１ リンクカウンタ
１００ 無線通信機器
２００ 無線通信システム
３００ 無線通信システム
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一のネットワーク内の移動端末が１台のビーコン局と複数台のスレーブ局で構成されている複数のネットワーク間及び同一ネットワーク内での無線通信システムにおける送信異常、受信異常検出技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基地局なしで複数のネットワーク間及び同一ネットワーク内での無線通信が行われる通信環境として、例えば、車両間の無線通信システムがあり、基地局を用いることなく車両間の通信を行なうにはコンテンション方式を採用することが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
車両間での無線通信技術の開発は、道路交通システムや鉄道車両システム等への応用が大変期待されるものである。具体的には、同一進路上の前方車両の速度や位置を後続車へ通報したり、他車両の異常情報が入手できることは、走行中の車両制御にとって大変貴重な情報となる。
【０００４】
しかし、基地局を用いることなく車両間の通信を行なうためにコンテンション方式をそのまま導入すると車両の台数や運用形態を考慮したシステム設計が不可能となるといった問題点がある。
【０００５】
一方、車両間の通信手段として、線路や道路側に各車両との無線通信制御を行なう装置等の高度なバックボーンを必要とせず、簡便に利用できる無線システムの構築が望まれているが、車両間のこのような無線通信システムの構築に際しては無線通信であるが故に、通信の信頼性、周波数の有効利用、隠れ端末問題や通信チャンネルの確保等を考慮した無線通信システムが当然考慮されなければならないという無線通信技術上の要請がある。
【０００６】
このような課題を解決するための技術として、本願出願人が平成１１年１０月２０日に出願の特願平１１−２９８３８６号に提案の無線通信システムがある。
【０００７】
上記特願平１１−２９８３８６号の無線通信システムでは、例えば、図８に示す車両間無線通信システム３００で、無線通信機器を搭載した車両１−１、・・、１−３、車両２−１、２−２、車両３−１、３−２からなる車両グループ１、２、３、４・・・に属している各車両の無線通信機器がビーコン（Beacon：基準信号）制御フレーム（ビーコンフレーム）と呼ばれるグループ内の各無線通信機器の通信チャンネル割当てを行う機能を備えた制御フレームを用いて通信チャンネルの取得を行なうようにすることにより、グループ内の各無線通信機器（スレーブ局）が割当てられた各データスロット期間において特定の無線通信機器にのみデータフレームの送信を行う権利があるようにし、他の無線通信機器とのデータフレームの衝突が発生しないように構成している。
【０００８】
特願平１１−２９８３８６号のプロトコルは、図９に示すビーコンを使用した無線通信システムの通信プロトコルの説明図に示すように時間的に分割されたビーコン期間９１とデータ期間９２を合わせたものを一単位とし、これを一つのチャンネルとして使用する(図９（ａ））。また、ビーコン期間、データ期間は図９（ｂ）に示すようにそれぞれ複数のスロット９３で構成されている。
【０００９】
ここで、同一ネットワーク内（つまり、同一グループ内）でチャンネルを取得して通信を行いたい時は各ネットワークに１台存在するビーコン局はビーコン期間からランダムに１つのスロットを選択する。そして、この選択したスロットを送信スロットとし、ビーコンフレームを送信する準備をする。
【００１０】
送信スロットとして選択しなかったスロットでは、他のネットワークのビーコン局がビーコンフレームを送信したか否かをチェックするために受信動作を行う。ここで、自ネットワークのビーコン局がビーコンフレームを送信する前に他のネットワークのビーコンを受信すると、このチャンネルは他のネットワークのチャンネルとなる。これに対し、他のネットワークのビーコンを受信する前にビーコンフレームを送信できればこのチャンネルは自ネットワークのチャンネルとなる。つまり、自ネットワークのビーコンを送信、または受信することでチャンネルを取得できればビーコン期間９１に続くデータ期間９２でデータ通信が行われる。
【００１１】
しかしながら、上記特願平１１−２９８３８６号で提案の無線通信システムでは、グループ内の無線通信がすでに確立していることを前提としており、無線システム起動時における無線通信機器異常（送信異常及び受信異常）の検出手段が明確でないという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記課題の解決を目的としてなされたものであり、同一のネットワーク内の無線通信機器が１台のビーコン局と複数台のスレーブ局で構成されている複数のネットワーク間及び同一ネットワーク内での無線通信システムの起動時に、送信異常及び受信異常の検出手段を有する無線通信システムの提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第１の発明の無線通信システムは、複数の無線通信機器間で無線通信を行って構成される複数のネットワークと、前記各ネットワーク内の、一つの無線通信機器に割り当てられたビーコン局及びそのネットワークの他の無線通信機器にそれぞれ割り当てられたスレーブ局と、を有し、それぞれ複数のスロットに時分割したビーコン期間とデータ期間が交互に繰り返されるように構成され、ビーコン期間とデータ期間の対を一単位とし、これを１チャンネルとして使用し、ビーコン期間でのビーコンフレームの送受信により各ネットワークでチャンネル取得する手順と、この手順によりチャンネル取得した場合は、ビーコン期間の後に続くデータ期間において各スレーブ局にそれぞれ割り当てられたデータスロットにおいてのみスレーブ局からデータフレームを送信するように制御する手順を含む通信プロトコルと、を備えた無線通信システムにおいて、前記無線通信機器は、他の無線通信機器との間で無線通信を行う無線通信部と、自機が属しているグループのビーコンフレームまたはデータフレームを受信する際に、当該グループ内の各無線通信機器からのフレーム受信の有無を確認する手段と、前記フレームの受信の有無および当該フレームに含まれるリンク情報に基づいて、当該無線通信機器の無線通信部あるいは当該グループ内の各無線通信機器の無線通信部毎の異常の有無および異常があった場合にその状態を検出する送受信動作確認手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明は、上記第１の無線通信システムにおいて、前記送受信動作確認手段は、起動時に、異常の有無および異常があった場合の状態を検出することを特徴とする。
【００１５】
また、第３の発明は上記第２の無線通信システムにおいて、無線通信機器は、更に、無線リンク状態を検出する無線リンク状態検出手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、第４の発明は上記第３の無線通信システムにおいて、無線通信機器は、グループ内の自機以外の無線通信機器の個数分のリンクカウンタを備え、無線リンク状態検出手段は、更新周期及びカウンタ判定値を設定する設定手段と、リンクカウンタの更新時間を検出する更新時間検出手段と、更新時間検出手段により更新時間が検出された場合は、各リンクカウンタをカウントアップするカウントアップ手段と、検出された更新時間内で自グループの無線通信機器からのデータを受信した場合はそのデータを送信した無線通信機器に対応するリンクカウンタをゼロクリアするカウンタクリア手段と、更新時間が検出された場合に、各無線通信機器に対応するリンクカウンタの値をそれぞれ調べ、リンクカウンタの値がカウンタ判定値を超えている場合は、自機と当該リンクカウンタに対応する無線通信機器との無線リンクが切断されていると判定し、リンクカウンタの値がカウンタ判定値を超えていない場合は、自機と当該リンクカウンタに対応する無線通信機器との無線リンクが接続していると判定する無線リンク状態判定手段と、
を有することを特徴とする。
【００１７】
また、第５の発明は上記第４の無線通信システムにおいて、無線リンク状態検出手段による無線リンク状態検出結果は、ビーコンフレーム及びデータフレームに無線リンク情報として組み込まれることを特徴とする。
【００１８】
また、第６の発明は上記第５の無線通信システムにおいて、ビーコン局として割り当てられた無線通信機器の送受信動作正否検出手段は、グループ内でスレーブ局として割り当てられた無線通信機器からの応答待ち時間を計測する応答時間計測手段と、グループ内でスレーブ局として割り当てられた無線通信機器からのリンク情報を基に送受信状態を判定する送受信状態判定手段と、を備え、受信状態判定手段は、応答待ち時間内に、自機がグループ内でスレーブ局として割り当てられた全ての無線通信機器から無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは自機の送受信動作は正常と判定し、応答待ち時間内に、自機がグループ内でスレーブ局として割り当てられたどの無線通信機器からも無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取れなかったときは自機の受信動作は異常と判定し、応答待ち時間内に、自機がグループ内でスレーブ局として割り当てられた一部の無線通信機器からのみ無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは、無線リンク接続を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機の送受信動作は異常と判定する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、第７の発明は上記第５の無線通信システムにおいて、スレーブ局として割り当てられた無線通信機器の送受信動作正否検出手段は、グループ内のビーコン局からのビーコンフレームを受信したか否かを検出するビーコン受信検出手段と、ビーコン受信検出手段によってビーコンフレームの受信が検出されたとき、グループ内の各無線通信機器からの応答待ち時間を計測する応答時間計測手段と、グループ内の各無線通信機器からのリンク情報を基に送受信状態を判定する送受信状態判定手段と、を備え、受信状態判定手段は、応答待ち時間内に、自機がグループ内の全ての無線通信機器から無線リンク接続を意味するリンク情報を受信したときは自機及びグループ内の他の全ての無線通信機器の送受信動作は正常と判定し、応答待ち時間内に、自機が無線リンク接続を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機器がグループ内に１つでもあったときは自機の送信動作は異常と判定し、応答待ち時間内に、自機がグループ内の一部の無線通信機器からのみ無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは無線リンク情報を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機の送受信動作は異常と判定する、ことを特徴とする。
【００２０】
また、第８の発明は上記第１乃至第７のいずれかの発明の無線通信システムにおいて、無線通信機器は移動体に搭載されていることを特徴とする。
【００２１】
また、第９の発明は上記第８の無線通信システムにおいて、ビーコン局として割り当てられた無線通信機器を搭載した移動体は、グループ化された移動体のうちで先頭を移動している移動体であることを特徴とする。
【００２２】
また、第１０の発明は上記第８または第９の無線通信システムにおいて、移動体は車両であることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の車両間の無線通信システムにおいて各車両に搭載する無線通信機器の一実施例の構成を示すブロック図であり、無線通信機器１００はアンテナ１１１、無線通信部１１２、制御部１１３、メモリ１１４及び車両インターフェイス１１５を備えている。
【００２４】
無線通信部１１２は制御部１１３の制御下で所定の通信手順によりアンテナ１１１を介してビーコン制御フレームの受信及びデータフレームの送受信を行なう。なお、無線通信機器１００が後述するビーコン局の場合にはビーコン制御フレームの送受信及びデータフレームの送受信を行なう。
【００２５】
制御部１１３は図示しないＣＰＵ、プログラム格納メモリ及び内部時計１１９と周辺回路から構成され、装置全体の制御及びプログラム格納メモリに格納されている各プログラムを実行制御し、グループＩＤ情報の比較や、優先度の判定、内部時計のビーコン時間に基づく修正、他のグループとの時刻同期等の実行制御を行なう。また、プログラム格納メモリには無線通信装置全体の制御を行なう制御プログラムや通信プロトコルのほか、本発明の車両間無線通信システムにおける通信制御等や必要な処理を行なうプログラムを格納している。
【００２６】
また、メモリ１１４は無線通信部１１２を介して受信したビーコン制御フレーム及びデータフレームの記憶や車両インターフェース１１５を介して取得した車両データを制御部１１３の制御下で記憶する。
【００２７】
図２は無線通信チャンネルの通信手順の説明図であり、図３に示すような４台隊列構成時のグループ内無線通信手順を示している。なお、図３はグループを４台隊列の各車両で構成した場合のグループ間の無線通信手順の説明図であり、各車両はそれぞれ図１に示したような無線通信機器を搭載している。
【００２８】
ここで、グループ内通信とは、図２（ａ）に示すように、そのグループ１、２、３、４、・・に属している車両の無線通信機器（この例ではグループ２の車両）が通信チャンネルを取得している期間（図２（ｃ））を示している。各グループ１、２、３、４、・・の通信チャンネルはビーコン（Beacon：基準信号）制御フレームと呼ばれる特別な制御フレームを用いて通信チャンネルの取得を行なう。
【００２９】
このビーコン制御フレームには、グループ内の各無線通信機器の通信チャンネル割当て（slot）を行う機能が備わっている（図２（ｂ））。この通信チャンネル割当て機能とは、自無線通信機器が所属しているグループＩＤを持つビーコン制御フレームを受信した無線通信機器が自無線通信機器に割当てられたデータスロット（data slot）（図２（ｂ）の例では４個のスロットslot１〜slot４）期間にデータフレームを送信する為の割当て時刻を計算する基準時刻を示す機能である。
従って、グループ内の各無線通信機器は、割当てられた各データスロット期間slot１〜slot４において、特定の無線通信機器にのみデータフレーム送信を行う権利があるので他無線通信機器とのデータフレームの衝突が発生しない。このようにビーコン制御フレームを用いることにより、通信チャンネルの確保、衝突の起こらないデータ通信環境を実現することができる。
【００３０】
ここで、グループ内の各無線通信機器が正常に起動し、正しい初期設定（起動情報等を含む）が行われれば、上述した図２の無線通信手順が実行される。しかし、実際には、無線通信機器の故障や設定情報の誤り等を起因として無線通信手順が動作できない場合が生じ得る。
【００３１】
このような状況を前提として、図３に示す４台隊列の車両１１〜１４の間の無線通信手順の一例について説明する。
図３で、先頭車両１１からは無線チャンネル獲得を目的にビーコン制御フレーム２０が送信される（図３（ａ））。先頭車両１１はビーコン制御フレーム２０の送信処理を終了すると、送信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot１のタイミングで車両データフレーム２１を送信する（図３（ｂ））。
【００３２】
２番目の車両１２は先頭車両１１から受信したビーコン制御フレーム２０が自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot２のタイミングで車両データフレーム２２を送信する（図３（ｃ））。
【００３３】
同様に、３番目の車両１３は先頭車両１１から受信したビーコン制御フレーム２０が自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot３のタイミングで車両データフレーム２３を送信する（図３（ｄ））。
【００３４】
同様に、４番目の車両１４は受信したビーコン制御フレーム２０が自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレーム２０を基準としたdata slot４のタイミングで車両データフレーム２４を送信する（図３（ｅ））。
【００３５】
このように、各車両は受信したビーコン制御フレームが自車両と同じグループＩＤを備えていることを確認すると、受信したビーコン制御フレームを基準としたデータスロット（data slot）のタイミングで車両データフレームを送信する。
【００３６】
したがって、先頭車両では送信したビーコン制御フレームに追従した各データスロットにおいて、グループ内の各車両からのデータ受信の有無を確認することにより、▲１▼自車両の無線通信機器の送信機能及び受信機能が正常に動作しているか否か、▲２▼グループ内の各車両の起動が行われ、各車両の無線通信機器の送信機能及び受信機能が正常に動作しているか否か、を確認できる（図５〜図７参照）。
【００３７】
また、図４は無線リンク状態検出手順の説明図である。前述した無線通信手順（図２）によれば、ビーコン制御フレームによりある間隔で通信チャンネルを取得することができる。そこで、グループ内の各車両（無線通信機器）との無線状況を把握するために、無線通信機器は、
ａ：ある時間範囲内でのチャンネル取得の有無と自無線通信機器が所属するグループのビーコン制御フレーム受信後からの経過時間がシステムで定めた時間を超えたことを検出する。これは、ビーコン送信機能の有効化手順やグループ構成手順に関わる重要な情報となる。
【００３８】
ｂ：取得したチャンネルにおける、各データスロット（data slot）に対応する無線通信機器のデータフレームの受信状況を把握する。例えば、グループ内の各無線通信機器毎にリンクカウンタ３１を設けて、対応する無線通信機器からの受信があればカウンタをクリア、受信がなければカウンタを＋１するといった処理を行なう。ここで、図４ではリンクカウンタ３１のみを示したがリンクカウンタは各無線通信機器毎に同一グループ内の無線通信機器の個数−１個（自無線通信機器用のリンクカウンタは不要である）だけ設けられる。
【００３９】
前述した無線通信手順では、ビーコン制御フレームによりシステムで想定された最大チャンネル取得間隔が決定される。これは、システムが無線通信に必要とするデータ量やデータ発生頻度等から決定され、ビーコン間隔やビーコン制御フレーム送信時のランダム遅延量等のシステムパラメータを決定する。これらのパラメータより、チャンネル取得間隔が定められるので、これを基に限界時間（リンクカウンタ値）を設定すればこの限界値を越えた場合には対応する無線通信機器との通信が不可能となったことを検知できる。つまり、このリンクカウンタ３１より、各無線通信機器では、グループ内の各無線通信機器との受信状況情報を取得し、この受信状況情報より、グループ内での通信の状態、つまり無線リンク状態を判断することができる。
【００４０】
したがって、上記図４の無線リンク状態検出手順により得られた結果を図３のビーコン制御フレーム２０及びデータフレーム２１、２２、２３、２４内に埋め込むことによりグループ内の各車両は自車両から送信したビーコン制御フレームやデータフレームがグループ内の各車両で受信されたことを確認することができる。つまり、これにより、各車両の無線通信機器の送信機能が正常に動作したか否かを確認することができる。
【００４１】
図５は先頭車両に搭載された無線通信機器の起動時における無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートであり、図３に示したグループの先頭車両１１に搭載された無線通信機器（ビーコン局）を例とする。
【００４２】
ステップＳ１：（無線通信機器の初期化）
図３に示したような複数の車両の隊列で、先頭車両１１に搭載された無線通信機器をビーコン局とすると、先頭車両の無線通信機器が起動されると無線通信機器の制御部（１１３）は内部の初期化、つまり、設定値の初期化等を行い、自局の内部時計（１１９）によりビーコン送信計画を立てる。ビーコン計画基準として、例えば、各グループに割り当てられた通信時間＝１０msecとし、内部時計は１０μsec単位とする。
【００４３】
ステップＳ２：（無線通信手順の準備）
ビーコン期間では先頭車両１１の無線通信機器の無線通信部（１１２）は、優先順位テーブル（図示せず）を参照しながら自グループの順番（slot）を待つ。この順番は、時間管理されており、例えば、内部時計（１０μsec）を単位として順番に送信権が与えられる。自グループの送信権の時にビーコン制御フレームの送信が可能であるので、チャンネルを取得したいグループは、優先順位テーブルに従いビーコン制御フレームを送信する。
【００４４】
ステップＳ３：（ビーコン送信手順の開始）
先頭車両１１の無線通信機器の無線通信部（１１２）は無線チャンネル獲得を目的にビーコン制御フレーム２０を送信する。
【００４５】
ステップＳ４：（応答待ちタイマの設定）
先頭車両１１の無線通信機器の制御部（１１３）（以下、単に制御部と記す）はグループ内の他の車両に搭載されている無線通信機器（スレーブ局）からの応答待ち時間τ、つまり、データフレーム受信待ち時間をタイマ（１１９）に設定する。
【００４６】
ステップＳ５：（応答待ち時間内での受信の有無判定）
次に、制御部はタイマに設定された応答待ち時間内に無線通信部がグループ内の他の全ての車両の無線通信機器からデータフレームを受信したか否かを調べ、全ての車両の無線通信機器からデータフレームを受信した場合はデータフレームに埋め込まれているリンク情報（無線リンク検出手順によって得られた結果）を全て受け取れるので、先頭車両の無線通信機器の送受信処理は正常として起動処理を終了する。また、グループ内の他の全車両の無線通信機器からのデータフレームを１つでも受信できなかった場合はステップＳ６に遷移する。
【００４７】
なお、グループ内の他の車両の無線通信機器からのデータフレームか否かは受信したフレームのグループＩＤが自機のグループＩＤか否かを調べることによって判定できる。また、全ての車両の無線通信機器からデータフレームを受信したか否かは、自機のリンクカウンタを順次調べることによって判定できる。
【００４８】
ステップＳ６：（先頭車両の無線通信機器の受信異常検出）
制御部は無線通信部がグループ内の他のいずれかの車両の無線通信機器からデータフレームを受信したか否かを調べ、いずれの車両の無線通信機器からもデータフレームを受信していない場合はリンク情報を受け取れないので先頭車両に搭載された無線通信機器の受信異常によりリンクが切断されたと判定し起動処理を終了する。また、いずれかの車両の無線通信機器からデータフレームを受信している場合はステップＳ７に遷移する。
【００４９】
ステップＳ７：（未受信車両の無線通信機器の異常検出）
制御部はデータフレームを受信していない車両（応答未受信車両）の無線通信機器を特定し、それら無線通信機器の受信異常によりリンクが切断されたと判定し起動処理を終了する。また、未受信車両の無線通信機器の特定は、自機のリンクカウンタを順次調べ、値が０でないリンクカウンタに対応している無線通信機器のＩＤを取り出すことによって行うことができる。なお、応答無受信車両の無線通信機器は１台分とは限らず、複数の場合もある。
【００５０】
上記図５のフローチャートにより、ビーコン局は、応答時間内にグループ内の他のスレーブ局全てからデータフレームを受信できればビーコン局の受信動作は正常と判断でき、グループ内のスレーブ局のいずれからもデータフレームを受信できなかった場合はビーコン局の受信動作に異常があることを検出でき、グループ内のビーコン局の少なくとも１つからデータフレームを受信できたときはデータフレームを受信できなかったスレーブ局の送受信動作のいずれかに異常があることを検出できる。
【００５１】
図６は先頭車両以外の車両に搭載された無線通信機器の起動時の無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートであり、図３に示したグループの先頭車両１１以外の車両１２〜１４に搭載された無線通信機器（スレーブ局）を例とする。
【００５２】
ステップＴ１：（無線通信機器の初期化）
図３に示したような複数の車両の隊列で、先頭車両１１以外の車両１２〜１４に搭載された無線通信機器をスレーブとすると、先頭車両以外の無線通信機器が起動されると無線通信機器の制御部は内部の初期化、つまり、設定値の初期化等を行なう。
【００５３】
ステップＴ２：（無線通信手順の準備）
データ期間で、先頭車両以外の車両の無線通信機器は優先順位テーブル（図示せず）を参照しながら自無線通信機器の順番（slot）を待つ。この順番は、時間管理されており、例えば、内部時計（１０μsec）を単位として順番に送信権が与えられる。
【００５４】
ステップＴ３：（自グループのビーコン受信判定）
先頭車両以外の車両の無線通信機器の制御部（以下、制御部）は無線通信部が自グループのビーコン制御フレームを受信したか否かを調べ、自グループのビーコン制御フレームを受信した場合はステップＴ４に遷移する。
【００５５】
ステップＴ４：（応答待ちタイマの設定）
制御部はグループ内の他の車両に搭載されている無線通信機器からの応答待ち時間τ、つまり、データフレーム受信待ち時間をタイマに設定する。
【００５６】
ステップＴ５：（応答待ち時間内での受信の有無判定等）
次に、制御部はタイマに設定された応答待ち時間内に無線通信部がグループ内の他の全ての車両の無線通信機器からのデータフレームを受信したか否かを調べ、受信した場合は、更に、受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報を調べ、ビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していることを意味する場合、つまり、無線リンク接続を意味している場合は自車両の無線通信機器の受信処理は正常として当該車両の無線通信機器の起動処理を終了する。また、グループ内の他の全車両の無線通信機器からのフレームを１つでも受信できなかった場合はステップＴ６に遷移する。
【００５７】
なお、グループ内の他の車両の無線通信機器からのフレームか否かは受信したフレームのグループＩＤが自機のグループＩＤか否かを調べることによって判定できる。また、全ての車両の無線通信機器からフレームを受信したか否かは、リンクカウンタの値が全て０か否かを調べることによって判定できる。
【００５８】
ステップＴ６：（リンク情報の確認）
制御部は、無線通信部がグループ内の他のいずれかの車両の無線通信機器からフレームを受信したか否かを、受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報を調べ、ビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していることを意味する場合はステップＴ７に遷移し、ビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していないことを意味する場合はステップＴ８に遷移する。
【００５９】
ステップＴ７：（未受信自車両の無線通信機器の異常検出）
これにより、制御部は自車両の無線通信機器の送信動作が正常であることを確認できる。また、制御部はビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信できなかった車両の無線通信機器がどれかをリンクカウンタを基に調べ、自車両からのデータフレームを受信できなかった無線通信機器の受信動作または送信動作に異常ありとして起動処理を終了する。
【００６０】
ステップＴ８：（自車両の無線通信機器の送信異常検出）
制御部は受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報が自車両からのデータフレームを受信していないことを意味するので、自車両の無線通信機器の送信動作に受信異常ありとして起動処理を終了する。
【００６１】
上記図６のフローチャートにより、スレーブ局は、応答時間内にグループ内のビーコン局または他のスレーブ局全てからデータフレームを受信できれば自局の受信動作は正常と判断できる。また、受信したビーコン制御フレームまたはデータフレームに埋め込まれているリンク情報を調べることができ、自局から送信したデータフレームが同一グループのいずれの局でも受信されていない場合は自局の送信動作に異常があることを検出できる。また、自局から送信したデータフレームが同一グループのある局では受信され、ある局では受信されていない場合は、受信していない局の送受信動作のいずれかに異常があることを検出できる。
【００６２】
図７は無線リンク状態検出手順におけるリンクカウンタの処理手順の一実施例を示すフローチャートである。
【００６３】
ステップＵ１：（リンクカウンタ更新周期タイマ設定）
無線通信機器はリンクカウンタ更新周期タイマ（以下、周期タイマ）の更新周期値を設定すると共にカウント値を設定する。ここで、自車両分のリンクカウンタは不要であるため、リンクカウンタはグループ内の車両台数−１台分準備されている。また、例えば、更新周期を１０msecとし、カウント値を１０としリンクカウンタを１０msec毎にカウントアップすると、周期タイマは１００msecでカウンタオーバーとなる。
【００６４】
ステップＵ２：（周期タイマの更新の要否判定）
無線通信機器の制御部は周期タイマに更新周期値を加算し、タイムオーバーか否かを調べタイムオーバーの場合はステップＵ３に遷移し、タイムオーバーでない場合はステップＵ４に遷移する。
【００６５】
ステップＵ３：（リンクカウンタの更新）
無線通信機器の制御部は各リンクカウンタに１を加えて各リンクカウンタを更新する。
【００６６】
ステップＵ４：（フレーム受信の有無判定）
無線通信機器の制御部は、無線通信部がフレーム（無線データ）を受信したか否かを調べ、フレームを受信した場合はステップＵ５に遷移し、受信していない場合はステップＵ６に遷移する。
【００６７】
ステップＵ５：（受信フレームの送信グループ判定）
無線通信機器の制御部は、受信フレームに含まれているグループＩＤを調べ、受信フレームが自グループの無線通信機器から送信されたフレームか否かを判定し、自グループの無線通信機器から送信されたフレームでない場合はステップＵ６に遷移する。また、自グループの無線通信機器から送信されたフレームの場合はデータスロットのリンクカウンタ（つまり、受信フレームを送信した無線通信機器に対応するリンクカウンタ）の値をゼロクリアし、ステップＵ６に遷移する。
【００６８】
ステップＵ６：（カウンターオーバーの判定及びリンク切断等）
無線通信機器の制御部は、周期タイマの値を調べ、カウンタオーバーであればリンク切断状態と判定し、それ以外の場合はリンク接続状態と判定してステップＵ２に戻る。
【００６９】
以上、本発明の一実施例について説明したが本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能であることはいうまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
上記説明したように、第１〜第５の発明の無線通信システムによれば、各無線通信機器は、同一グループの無線通信機器からのフレーム受信の有無を確認する手段を設けているので、グループ内の全ての無線通信機からフレームを受信できた場合は自機の受信動作は正常と判定することができ、グループ内の全ての無線通信機からフレームを受信できなかった場合は自機の受信動作異常と判断することができ、フレームを受信できなかった無線通信機があった場合はその無線通信機の送信動作及び／または受信動作異常と判断することができる。つまり、無線システム設計上必要な無線通信システムの起動時における無線通信機の異常を検出できる。
【００７１】
また、第６の発明の無線通信システムによれば、ビーコン局として割り当てられた無線通信機は起動時に自機の送受信動作の正否及び同一グループ内のスレーブ局の送受信動作の異常を検出できる。
【００７２】
また、第７の発明の無線通信システムによれば、スレーブ局として割り当てられた無線通信機は起動時に自機の送受信動作の正否及び同一グループ内の他の無線通信機の送受信動作の異常を検出できる。
【００７３】
また、第８〜１０の発明の無線通信システムによれば、起動時に、グループ化された移動体等に搭載された各無線通信装置の通信確立と共に、効率のよい無線通信異常検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両間の無線通信システムにおいて各車両に搭載する無線通信機器の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】無線通信チャンネルの通信手順の説明図である。
【図３】グループを４台隊列の各車両で構成した場合の、グループ間の無線通信手順の説明図である。
【図４】無線リンク状態検出手順の説明図である。
【図５】先頭車両に搭載された無線通信機器の起動時における無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートである。
【図６】先頭車両以外の車両に搭載された無線通信機器の起動時の無線通信動作確認手順の一実施例を示すフローチャートである。
【図７】無線リンク状態検出手順におけるリンクカウンタの処理手順の一実施例を示すフローチャートである。
【図８】車両間無線通信システムの説明図である。
【図９】ビーコンを使用した無線通信システムの通信プロトコルの説明図である。
【符号の説明】
１−１、１−２、１−３、２−１、２−２、３−１、３−２、１１〜１４ 車両（移動体）
２０ ビーコン制御フレーム（ビーコンフレーム）
２１〜２４ データフレーム
３１ リンクカウンタ
１００ 無線通信機器
２００ 無線通信システム
３００ 無線通信システム
Claims (10)
- 複数の無線通信機器間で無線通信を行って構成される複数のネットワークと、前記各ネットワーク内の、一つの無線通信機器に割り当てられたビーコン局及びそのネットワークの他の無線通信機器にそれぞれ割り当てられたスレーブ局と、を有し、
それぞれ複数のスロットに時分割したビーコン期間とデータ期間が交互に繰り返されるように構成され、ビーコン期間とデータ期間の対を一単位とし、これを１チャンネルとして使用し、ビーコン期間でのビーコンフレームの送受信により各ネットワークでチャンネル取得する手順と、この手順によりチャンネル取得した場合は、ビーコン期間の後に続くデータ期間において各スレーブ局にそれぞれ割り当てられたデータスロットにおいてのみスレーブ局からデータフレームを送信するように制御する手順を含む通信プロトコルと、を備えた無線通信システムにおいて、
前記無線通信機器は、他の無線通信機器との間で無線通信を行う無線通信部と、
自機が属しているグループのビーコンフレームまたはデータフレームを受信する際に、当該グループ内の各無線通信機器からのフレーム受信の有無を確認する手段と、
前記フレームの受信の有無および当該フレームに含まれているリンク情報に基づいて、当該無線通信機器の無線通信部あるいは当該グループ内の各無線通信機器の無線通信部毎の異常の有無および異常があった場合にその状態を検出する送受信動作確認手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。 - 前記送受信動作確認手段は、起動時に、異常の有無および異常があった場合の状態を検出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。
- 前記無線通信機器は、更に、無線リンク状態を検出する無線リンク状態検出手段を備えていることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
- 前記無線通信機器は、前記グループ内の自機以外の無線通信機器の個数分のリンクカウンタを備え、
前記無線リンク状態検出手段は、更新周期及びカウンタ判定値を設定する設定手段と、
前記リンクカウンタの更新時間を検出する更新時間検出手段と、
前記更新時間検出手段により更新時間が検出された場合は、前記各リンクカウンタをカウントアップするカウントアップ手段と、
前記検出された更新時間内で自グループの無線通信機器からのデータを受信した場合はそのデータを送信した無線通信機器に対応するリンクカウンタをゼロクリアするカウンタクリア手段と、
前記更新時間が検出された場合に、各無線通信機器に対応するリンクカウンタの値をそれぞれ調べ、リンクカウンタの値が前記カウンタ判定値を超えている場合は、自機と当該リンクカウンタに対応する無線通信機器との無線リンクが切断されていると判定し、リンクカウンタの値が前記カウンタ判定値を超えていない場合は、自機と当該リンクカウンタに対応する無線通信機器との無線リンクが接続していると判定する無線リンク状態判定手段と、を有することを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。 - 前記無線リンク状態検出手段による前記無線リンク状態検出結果は、前記ビーコンフレーム及びデータフレームに無線リンク情報として組み込まれることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
- 前記ビーコン局として割り当てられた無線通信機器の送受信動作正否検出手段は、前記グループ内でスレーブ局として割り当てられた無線通信機器からの応答待ち時間を計測する応答時間計測手段と、
前記グループ内でスレーブ局として割り当てられた無線通信機器からのリンク情報を基に送受信状態を判定する送受信状態判定手段と、を備え、
前記受信状態判定手段は、前記応答待ち時間内に、自機が前記グループ内でスレーブ局として割り当てられた全ての無線通信機器から無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは自機の送受信動作は正常と判定し、前記応答待ち時間内に、自機が前記グループ内でスレーブ局として割り当てられたどの無線通信機器からも無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取れなかったときは自機の受信動作は異常と判定し、
前記応答待ち時間内に、自機が前記グループ内でスレーブ局として割り当てられた一部の無線通信機器からのみ無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは、無線リンク接続を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機の送受信動作は異常と判定する、ことを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。 - 前記スレーブ局として割り当てられた無線通信機器の送受信動作正否検出手段は、前記グループ内のビーコン局からのビーコンフレームを受信したか否かを検出するビーコン受信検出手段と、前記ビーコン受信検出手段によってビーコンフレームの受信が検出されたとき、前記グループ内の各無線通信機器からの応答待ち時間を計測する応答時間計測手段と、
前記グループ内の各無線通信機器からのリンク情報を基に送受信状態を判定する送受信状態判定手段と、を備え、
前記受信状態判定手段は、前記応答待ち時間内に、自機が前記グループ内の全ての無線通信機器から無線リンク接続を意味するリンク情報を受信したときは自機及び前記グループ内の他の全ての無線通信機器の送受信動作は正常と判定し、
前記応答待ち時間内に、自機が無線リンク接続を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機器がグループ内に１つでもあったときは自機の送信動作は異常と判定し、
前記応答待ち時間内に、自機が前記グループ内の一部の無線通信機器からのみ無線リンク接続を意味するリンク情報を受け取ったときは無線リンク情報を意味するリンク情報を受信できなかった無線通信機の送受信動作は異常と判定する、ことを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。 - 前記無線通信機器は移動体に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
- 前記ビーコン局として割り当てられた無線通信機器を搭載した移動体は、グループ化された移動体のうちで先頭を移動している移動体であることを特徴とする請求項８記載の無線通信システム。
- 前記移動体は車両であることを特徴とする請求項８または９記載の無線通信システム。
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