JP3778103B2 - マルチホップサーバおよびマルチホップ通信方法 - Google Patents
マルチホップサーバおよびマルチホップ通信方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定道路上において形成される基地局と車両との通信を前記特定道路上の他の車両が中継するマルチホップ通信に関するもので、例えば高速道路内のマルチホップ通信に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路上を走行する車両によって道路付近に敷設された基地局を介した無線通信が行われている。このような道路上において車両が利用するセルラー通信網の概略図を図９に示す。道路４１０に沿ってセルラー通信の基地局ＢＳ１〜ＢＳ９が敷設されており、それらのサービスエリアが道路４１０上を覆っている。道路４１０上の車両４４１〜４４８はこれらの基地局ＢＳ１〜ＢＳ９を介して広域通信網による通信を行うことができる。
【０００３】
このセルラー通信のために車両４４１〜４４８に搭載される通信機のブロック構成の一例を図１０に示す。通信アンテナ１１０はアンテナ共用器１１５を介して受信部１２５と送信部１２０とによって利用される。ベースバンド信号処理部１３０は、この受信部１２５が受けた信号をベースバンド信号に戻し、送信部１２０が送信する信号をベースバンド信号から生成するものである。またベースバンド信号処理部１３０は制御部１５５と情報信号や制御信号のやりとりを行う。また、制御部１５５は送信のためのベースバンド信号の生成および受信したベースバンド信号の処理を行い、必要があるときは表示部１６０にデータを表示し、記憶部１６５にデータを保存し、操作部１７０から入力された信号を処理する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、基地局−端末間通信を一般ユーザーが所持する無線機を中継装置としてネットワークを構築するタイプのマルチホップ通信技術が近年各種企業、団体で研究、開発されている。このマルチホップ通信をセルラー方式の無線通信システムに適用すれば、基地局と直接通信できない地域のユーザでも、他のユーザの中継機を介した通信を行うことが可能となり、実質的に基地局のサービスエリア、すなわちセルの大きさを拡大させることが可能である。
【０００５】
このようなセルラー方式の無線通信システムにおけるマルチホップ通信を高速道路や自動車専用道路、あるいはトンネル内等の車両の特定道路において適用する場合、基地局自体の通信可能範囲に制限されることなくその特定道路に沿ったセルを形成すれば、中継を行う各車両の移動方向や移動速度のばらつきが少ないので中継のネットワーク構成が簡易になるという利点があり、また特定道路に沿って細長いセルを形成することで基地局の切り替えすなわちハンドオーバーの発生数を抑えることができるといった利点もある。
【０００６】
しかし、このような特定道路上でのマルチホップ通信によるセル形成の場合には、例えば事故や時間による交通量の変化等の要因による、特定道路内の疎密度や速度といった交通状況の変動が大きいことと、セルを形成する基地局側で収容できるユーザの数に限りがあることから、各ユーザの位置を基地局で推定あるいは判定してセルの大きさや使用帯域等の制御を行わなければならないという要請がある。
【０００７】
また、この特定道路と一般道路とが並行して走っている等、特定道路に近接した別の道路がある場合、一般道路上の車両と高速道路上の車両の判別が困難であるという問題もある。
【０００８】
本発明は上記要請および問題点に鑑みて、特定道路上の車両のみが利用できるマルチホップ通信によって特定道路上に沿ってセルを形成し、またセルの制御を行うことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載のマルチホップサーバでは、マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両が特定道路に進入したかあるいは特定道路から退出したかの通知を受け、それに基づいて特定道路にいるマルチホップ車両を記憶するマルチホップ車両記憶手段と、特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に中継の中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知する切替点通知手段と、基地局の特定道路内での通信の収容量に基づいて中継先となる基地局を切り替える位置を変更する切替点変更手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
これにより、マルチホップサーバがマルチホップ車両記憶手段によって特定道路上のマルチホップ車両が判別できるので、特定道路上の車両のみが利用できるマルチホップ通信に特定道路上に沿ってセルを形成することができる。また、切替点変更手段によって収容量に基づいてセルの切替点を変更し、切替点通知手段によってマルチホップ車両に通知することができるので、セルの制御が可能となる。
【００１５】
また請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のマルチホップサーバにおいて、収容量の情報を自己の収容量を通知する基地局から受信することによって取得する収容量検知手段を備えたことを特徴としている。
【００１６】
また請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のマルチホップサーバにおいて、特定道路近傍に設置され特定道路上の基地局と車両との通信を中継するよう要求する信号を受信して中継を行うマルチホップ路上機に、基地局の特定道路内での通信の収容量に基づいて通信を中継するよう要求する信号を送信するマルチホップ路上機制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１７】
このマルチホップ路上機制御手段によって、収容量に基づいてマルチホップ路上機に中継を行うよう要求することができるので、中継が届かない程まばらな特定道路においても特定道路に沿ったマルチホップ通信が可能となる。
【００２１】
また請求項４に記載のマルチホップ通信方法では、マルチホップ車載装置が特定道路上で通信を中継するマルチホップ通信を行うことにより特定道路上に沿って基地局のセルを形成し、この形成されたセルを制御するようにマルチホップ車載装置とマルチホップサーバとが基地局を経由して通信する通信方法であって、マルチホップサーバは、マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両が特定道路に進入したかあるいは特定道路から退出したかの通知を受け、それに基づいて特定道路にいるマルチホップ車両を記憶し、また基地局の特定道路上での通信の収容量に基づいてマルチホップ車載装置の中継先となる基地局を切り替える位置を変更し、また特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知し、マルチホップ車載装置は、中継先となる基地局を切り替える位置の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替えることを特徴としている。
【００２２】
これによって、特定道路検知手段とマルチホップ車両記憶手段によりこのマルチホップ車載装置を搭載した当該車両が特定道路上にいることが判別できるので、マルチホップ中継手段により特定道路上の車両のみが利用できるマルチホップ通信を行うことができる。また、マルチホップサーバが切替点変更手段によって収容量に基づいてセルの切替点を変更し、切替点通知手段によってマルチホップ車両に通知し、それを中継先切り替え手段によって受信し、その情報に基づいて切り替えを行うことができるので、セルの制御を行うことができる。
【００２３】
また請求項５に記載のマルチホップ通信方法では、マルチホップ車載装置がトンネル内で通信を中継するマルチホップ通信を行うことによりトンネル内に沿って基地局のセルを形成し、この形成されたセルを制御するようにマルチホップ車載装置とマルチホップサーバとが基地局を経由して通信する通信方法であって、マルチホップサーバは、マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両がトンネル内に進入したかあるいはトンネルから退出したかの通知を受け、それに基づいてトンネル内にいるマルチホップ車両を記憶し、また基地局のトンネル内での通信の収容量に基づいてマルチホップ車載装置の中継先となる基地局を切り替える位置を変更し、また特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知し、また収容量に基づいてトンネル内に設置されたマルチホップ路上機に通信を中継するよう要求する信号を送信し、マルチホップ路上機は、通信を中継するよう要求する信号を受信すると中継を行い、マルチホップ車載装置は、中継先となる基地局を切り替える位置の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替えることを特徴としている。
【００２４】
これによって、特定道路検知手段とマルチホップ車両記憶手段によりこのマルチホップ車載装置を搭載した当該車両がトンネル内にいることが判別できるので、マルチホップ中継手段によりトンネル内の車両のみが利用できるマルチホップ通信を行うことができる。また、マルチホップサーバが切替点変更手段によって収容量に基づいてセルの切替点を変更し、切替点通知手段によってマルチホップ車両に通知し、それを中継先切り替え手段によって受信し、その情報に基づいて切り替えを行うことができるので、セルの制御を行うことができる。またこのマルチホップ路上機制御手段によって、収容量に基づいてマルチホップ路上機に中継を行うようマルチホップサーバが要求することができ、マルチホップ中継手段を備えたマルチホップ路上機が受託中継手段によってこの要求に基づいた中継を行うことができるので、中継が届かない程まばらなトンネル内においても特定道路に沿ったマルチホップ通信が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本実施形態においてマルチホップ通信によってセルを形成する高速道路のシステムの全体図を示す。マルチホップ通信とは、基地局と端末との通信を１つまたは複数の中継局が中継することによって、基地局の本来の通信可能領域を実効的に拡大させることができるものである。本実施形態のマルチホップ通信では、高速道路上の車両が中継局となることにより基地局−車両間の通信可能なエリアが高速道路に沿うように伸びている。
【００２７】
高速道路５２０に沿って基地局ＢＳ１、ＢＳ２、…、ＢＳ８が敷設され、それぞれ基地局の通信エリアである円形のセルは高速道路５２０の一部を覆い、これらの基地局全体で高速道路５２０を覆うようになっている。高速道路５２０外の一般車両５５１〜５５４や、図示しない高速道路５２０上の一般車両はこのセル内において該当する基地局に接続し、広域無線通信網５７０を経由して通信を行う。
【００２８】
この高速道路５２０上にはマルチホップ通信に対応した車両であるマルチホップ車両５４１〜５４８が存在する。図１においてはマルチホップ車両５４１〜５４４はマルチホップ通信により基地局ＢＳ５のセルを拡大させる形で高速道路５２０上にセルＨＷ１を形成し、マルチホップ車両５４５〜５４８はマルチホップ通信により基地局ＢＳ８のセルを拡大させる形で高速道路５２０上にセルＨＷ２を形成している。基地局ＢＳ１〜ＢＳ８は広域無線通信網５７０によって相互に通信が行えるようになっており、またマルチホップサーバ５８０がこの広域無線通信網５７０に接続することにより、基地局を介してマルチホップ車両５４５〜５４８と通信できるようになっている。
【００２９】
基地局ＢＳ１〜ＢＳ５は自分の局の回線使用量すなわち収容量を検知して、定期的にマルチホップサーバ５８０に通知している。
【００３０】
図２にマルチホップ車両５４１〜５４８がマルチホップ通信のために搭載するマルチホップ通信機１０のブロック図を示す。基地局ＢＳ１〜ＢＳ８と通信するための通信アンテナ１１０は、アンテナ共用器１１５を介して送信部１２０および受信部１２５と接続し、送受信共用のアンテナとして使用される。この送信部１２０はベースバンド処理部１３０から送信された信号を受け取って通信アンテナ１１０に送り出し、受信部１２５は通信アンテナ１１０から受け取った信号をベースバンド信号処理部１３０に送出する。
【００３１】
ベースバンド信号処理部１３０はベースバンド信号→送信信号、受信信号→ベースバンド信号の変調を行い、またマルチホップ通信の中継を行うための中継装置１４０、ＧＰＳによって位置情報を検出する位置検出装置１４５、高速道路５２０の出口と入口で狭域通信の路上機であるＥＴＣ路上機（図示せず）と通信して高速道路５２０に進入したこと、あるいは高速道路５２０から退出したことを検知する高速道路検知装置１５０と信号をやりとりしている。
【００３２】
中継装置１４０は受信中継アンテナ１４１、送信中継アンテナ１４２の２つのアンテナを使用してマルチホップ通信の信号を受信中継アンテナ１４１で受信し、それを増幅して送信中継アンテナ１４２から送信する。
【００３３】
位置検出装置１４５はＧＰＳアンテナ１４６を使用し、高速道路検知装置１５０はＥＴＣアンテナ１５１を使用する。またベースバンド信号処理部１３０は各種通信処理および制御を行う制御部１５５とデータの交換を行っている。この制御部１５５は必要に応じて表示部１６０にデータを表示し、記憶部１６５を使用して情報の保存および参照を行い、操作部１７０から車内の乗員による入力を受け付ける。また、図２中には記載していないが、制御部１５５と中継装置１４０、位置検出装置１４５、高速道路検知装置１５０のそれぞれとは信号線で接続されており、それを介して制御信号の授受が行われている。
【００３４】
マルチホップサーバ５８０は広域無線通信網５７０に接続することによって基地局を経由してマルチホップ車両５４１〜５４８と通信できるようになっており、これらのセルＨＷ１、セルＨＷ２の大きさの制御、セルＨＷ１、セルＨＷ２内のマルチホップ通信の制御を行うものである。また、マルチホップ車両５４１〜５４８からの通知によってこれらの車両の高速道路５２０上の位置情報を取得し、それに基づきマルチホップ通信の中継経路を設定してマルチホップ車両５４１〜５４８に通知するものである。また、高速道路５２０上にいるマルチホップ車両およびその他の情報を記憶するための記憶装置を有している。また、マルチホップサーバ５８０は各基地局から通知を受信することによりそれぞれの基地局における収容量の情報を取得している。これは収容量検知手段に対応する。
【００３５】
以上の様な構成のシステムによって行われる本実施形態のマルチホップ通信では、個々のマルチホップ車両−基地局間通信はＴＤＭＡによって時分割で割り振られた通信チャンネルを使用するようになっている。この時分割によるチャンネルの割り当てはマルチホップサーバ５８０が行い、その通知を受けたマルチホップ車両や基地局はそれに応じた通信タイミングで信号の送受を行う。
【００３６】
マルチホップサーバ５８０によってこの通信の中継経路であると定められたマルチホップ車両も同じタイミングで中継を行うために、マルチホップサーバ５８０から通知を受けたチャンネルのタイミングに従って中継開始時に制御部１５５が中継装置１４０を作動状態とし、中継終了時に制御部１５５が中継装置１４０を停止状態とする。これによって各通信は他の通信と干渉することなく中継される。
【００３７】
このようにして、マルチホップサーバ５８０が車両−基地局間通信を行うときの中継経路と通信タイミングを決めることによって、あるタイミングにおいては単一の通信の中継のみが行われるようになるので、高速道路５２０上のマルチホップ通信が定められた中継経路で行うことが可能となる。
【００３８】
上記の様なマルチホップ通信を行い高速道路５２０沿いにセルを形成しても、基地局の収容量には限りがあるので高速道路５２０全体を覆う１つのセルを形成することは困難である。したがって図１に示したセルＨＷ１、ＨＷ２のように高速道路５２０上でセルを複数形成し、マルチホップ車両は移動に伴い、それぞれの所在地をカバーするセルに対応する基地局とマルチホップ通信を行うようセルを切り替える、すなわち通信先、中継先を切り替える必要がある。
【００３９】
また高速道路５２０内においては、例えば事故や時間による交通量の変化等の要因による特定道路内の疎密度や速度といった交通状況の変動が大きいことから、セルの大きさを一定とすると通信要求の量が基地局の収容可能な最大量を上回ってしまう等の問題が発生する可能性がある。本実施形態においてはこの問題を解消するために、高速道路５２０内のセルＨＷ１、ＨＷ２の大きさが可変となるように、すなわちセルの切替点が可変となるようにしている。
【００４０】
さらに、セルの大きさが可変となると、セルが縮小したときに隣接するセル間でマルチホップ通信のための空き領域ができてしまう場合がある。このような場合においては、この空き領域ではマルチホップ通信を行わず通常の基地局との通信を行うこともできるし、あるいはこの空き領域に新たにマルチホップ通信のセルを形成し、新たな基地局がその通信の中継先となるようにすることもできる。これは今まで１つのセルで賄っていた領域を２つ以上のセルで賄うことになるので、セルの分割と呼ぶことができる。本実施形態ではこのセル分割方式を採用する。
【００４１】
また、セルが拡大したときに隣接するセル同士でサービスエリアの重なりが非常に大きくなる場合がある。このような場合においては、重なりが所定量より大きくなった場合にその重なった２つのセルを１つに結合してしまうセル結合方式を採用する。
【００４２】
このような高速道路５２０上でセルのハンドオーバーが発生し、さらにセルの大きさが可変であるマルチホップ通信に対応しているマルチホップ車両５４１〜５４８、マルチホップサーバ５８０の作動について以下説明する。
【００４３】
図３はマルチホップ車両５４１〜５４８が搭載しているマルチホップ通信機１０の制御部１５５の処理を示すフローチャートである。説明はこのフローチャートに従って行う。
【００４４】
まず制御部１５５は、自機を搭載するマルチホップ車両が高速道路５２０上を走行しているか否かを判定する。この判定は、高速道路５２０上のＥＴＣ路上機と高速道路検知装置１５０との通信によって取得した情報を参照することにより行う（ステップ７１０）。
【００４５】
高速道路５２０上を走行していないと判定した場合は、高速道路５２０に沿ったマルチホップ通信ではなく、一般道路における通常のマルチホップ通信を高速道路５２０に入るまで行う（ステップ７２０）。ここで、通常のマルチホップ通信とは、中継経路を高速道路５２０のような特定道路内に限らず通信を行うマルチホップ通信のことである。
【００４６】
高速道路５２０上を走行していると判定した場合は、高速道路５２０に沿ったマルチホップ通信を行うものとし、マルチホップ通信の基地局に自車が高速道路５２０上を走行していることを通知する。その際制御部１５５は、位置検出装置１４５によって得た位置情報も併せて基地局に通知する（ステップ７３０）。
【００４７】
その後、マルチホップサーバ７３０からセルの切替点が変更になったことの通知があるか否かを判定する（ステップ７３２）。そしてもし変更があればセルの切替点の情報を記憶部１６５に保存する（ステップ７３５）。
【００４８】
セルの切替点の情報を保存して後、あるいはステップ７３２で変更の通知がないと判定された後、制御部１５５は位置検出装置１４５から自車の位置情報を取得し、保存されたセルの切替点の情報と照らし合わせて通信を行うセルを切り替える必要があるか否かを判定する（ステップ７４０）。必要であると判定すれば、制御部１５５は基地局に対してセルの切り替えが可能であることを通知したのち、切替を行う（ステップ７５０）。その後、処理はステップ７１０に戻る。
【００４９】
これらの処理を繰り返すことにより、マルチホップ車両はマルチホップサーバ５８０からセルの切替点の情報を受信していくことで正しい位置で通信先、中継先を切り替えることができる。
【００５０】
図４はマルチホップサーバ５８０がマルチホップ通信においてセルサイズを調節するための処理をフローチャートで示したものである。以下このフローチャートに従ってマルチホップサーバ５８０の作動について説明する。
【００５１】
マルチホップサーバ５８０は各マルチホップ車両から高速道路５２０上に進入したかあるいは高速道路５２０から退出したかの通知を受け、それに基づいて高速道路５２０内にいるマルチホップ車両を記憶装置に記録する（ステップ８１０）。
【００５２】
また、高速道路内におけるマルチホップ車両から車両の現在位置の情報の通知を受ける（ステップ８１５）。
【００５３】
そしてこれらの記録された高速道路５２０上のマルチホップ車両に対し、高速道路５２０内のセルの切替地点の情報や通信時の中継タイミングすなわち通信チャンネルについての通知を行う（ステップ８２０）。
【００５４】
ここでマルチホップサーバ５８０は、高速道路５２０上の各セルＨＷ１、ＨＷ２内での収容量すなわち回線使用量を基に、それらのセル内で大きさを変える必要があるセルが存在するか否かを判定する（ステップ８２５）。もし存在しないなら、処理はステップ８１０に戻る。
【００５５】
もし大きさを変える必要があるセルが存在すると判定すれば、次に回線使用量が所定の上限値Ｎより大きいものがあるか否かを判定し（ステップ８３０）、あればそのセルの大きさ、すなわちサービスエリアを縮める（ステップ８３５）。なおこの所定の上限値Ｎは、各セル内での基地局の収容可能最大量を上回らない値である。
【００５６】
次に回線使用量が所定の下限値Ｍより小さいものがあるか否かを判定し（ステップ８４０）、あればそのセルの大きさ、すなわちサービスエリアを広げる（ステップ８４５）。
【００５７】
そして、このサービスエリア縮小の処理の結果セル間に空き領域ができてしまう、またはサービスエリア拡大の処理の結果セルの重複部分が大きくなって所定の重複量を超えてしまう等の場合に対処するため、高速道路５２０内のセル構造を再形成する必要があるか否かをマルチホップサーバ５８０は判定する（ステップ８５０）。そしてその必要があると判定すればそれに従ってセルの分割、結合等のセル構造の再形成を行う（ステップ８５５）。
【００５８】
そして処理はステップ８１０に戻り、ステップ８２０において新たなセルの切替位置の情報がマルチホップ車両に通知される。
【００５９】
このような処理の繰り返しによってマルチホップサーバ５８０は高速道路５２０の状況に応じてセルの大きさや数を制御していき、それによって決まるセルの切替点の情報をマルチホップ車両に通知する。
【００６０】
このように高速道路５２０上で基地局と車両との通信をマルチホップ車両が中継するマルチホップ通信において、高速道路５２０上のマルチホップ車両のマルチホップ通信機１０は自分が高速道路５２０上にいることをステップ７１０によって検知し、マルチホップサーバ５８０はステップ８１０によってマルチホップ車両が高速道路５２０にいることの通知を受けてそれを記憶し、マルチホップサーバ５８０がステップ８３０、８３５、８４０、８４５、８５０、８５５によって収容量に基づいて変更したセルの切替点の情報をステップ８２０によって先述の記憶されているマルチホップ車両に通知し、マルチホップ車両のマルチホップ通信機１０はステップ７３２、７３５、７４０によってセルの切替点の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替えるという方法で作動をするマルチホップサーバ５８０とマルチホップ車両５４１〜５４８とが連携することで、高速道路５２０上の車両のみによるマルチホップ通信によって高速道路５２０上に沿ってセルを形成し、この高速道路５２０内の交通状況に応じてセルを制御することが可能となる。
【００６１】
なお、本実施形態におけるマルチホップ通信機１０としては、必ずしも図２に示したように各通信システムに対応するモジュールを個々に有する構成でなくともよい。その一例として別の構成のマルチホップ通信機１０のブロック図を図５に示す。
【００６２】
この図５の構成のマルチホップ通信機１０が図２のマルチホップ通信機１０と異なる部分は、図２のマルチホップ通信機１０の受信部１２５、送信部１２０を１つの装置にまとめて統合無線機３１０とし、さらにこの統合無線機３１０に位置検出装置１４５に相当する機能と高速道路検知装置１５０に相当する機能とを併せ持たせたこと、このような統合無線機３１０がそれぞれの機能のために通信アンテナ１１０を使用することができるよう通信アンテナ１１０を複数周波数対応としたこと、そして独立にベースバンド信号処理部１３０に接続していた位置検出装置１４５とＧＰＳアンテナ１４６、および高速道路検知装置１５０とＥＴＣアンテナ１５１を無くしたことである。このような構成によって１本のアンテナで広域通信の送受信、ＧＰＳ情報の受信、ＥＴＣ路上機との通信を行うことが可能となる。
【００６３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、トンネル内に沿ってセルを形成するマルチホップ通信システムについて説明する。図６は、マルチホップ通信を行うトンネル６１０におけるこの通信システムの概略図である。
【００６４】
トンネル６１０の中央付近の路側には通信方向切替点路上機６２０が敷設され、またトンネル６１０の入口と出口の脇には、それぞれトンネル入口路上機６３０とトンネル出口路上機６４０が敷設されている。トンネル６１０の両側の出入り口の外側には基地局（図示せず）が存在し、この基地局は第１実施形態と同様広域無線通信網（図示せず）を介してマルチホップサーバ５８０（図示せず）と通信が行えるようになっている。また通信方向切替点路上機６２０、トンネル入口路上機６３０、トンネル出口路上機６４０もマルチホップサーバ５８０と通信できるようになっている。
【００６５】
またこのトンネル６１０内をマルチホップ車両６５１〜６６２が走行しており、トンネル６１０の両側の出入口の外部にある基地局（図示せず）はこれらのマルチホップ車両６５１〜６６２の中継によってトンネル６１０内にセルを形成することが可能となる。
【００６６】
通信方向切替点路上機６２０はトンネル６１０内でその近くを通過する車両と例えばＶＩＣＳやＤＳＲＣ等の路車間通信を行って各種情報を授受することができる通信装置を有し（図示せず）、またマルチホップ通信の中継を行うための２本の路上中継アンテナ６２１と路上中継装置６２２を有している。
【００６７】
入口路上機６３０はトンネル６１０内に進入する車両と通信を行い、マルチホップ車両の進入情報をマルチホップサーバ５８０に通知するものであり、出口路上機６４０はトンネル６１０から退出する車両と通信を行い、マルチホップ車両の退出情報をマルチホップサーバ５８０に通知するものである。これらの通信も例えばＶＩＣＳやＤＳＲＣ等の路車間通信によって行われる。
【００６８】
本実施形態においてはマルチホップ車両に搭載されたマルチホップ通信機１０とマルチホップサーバ５８０の構成は第１実施形態のそれと同じであるのでその説明は省略する。ただし、マルチホップ通信においてマルチホップサーバ５８０がセルの数、形状を制御する方法は異なっているので、以下その部分について詳細に説明する。
【００６９】
第１実施形態のような高速道路５２０上での通信と違い、トンネル６１０内での通信はマルチホップ車両の通信先、中継先となる基地局がトンネル６１０の両側の出入口の外にある２つしかないので、トンネル６１０内におけるセルは最大でも２つしか形成することができない。従って、例えばトンネル６１０内で渋滞となった場合のようにトンネル６１０内で２つの基地局の収容可能最大量を超える通信要求があっても、セルを小さくして空いた領域に新たなセルを形成することができないという問題がある。
【００７０】
また、逆にトンネル６１０内で車両の交通量がまばらになり、マルチホップ通信の中継ができないほど車車間が広がってしまった場合、基地局はトンネル６１０内にセルを形成することができず、結果としてトンネル６１０内の車両は通信を行う手段を失ってしまうという問題がある。
【００７１】
これらの問題を解決するために、本実施形態ではトンネル６１０内の回線使用量に応じて４つのマルチホップ通信モードを切り替える方法を採用する。
【００７２】
４つのマルチホップ通信モードとは、１セル中継機モード、１セルモード、２セルモード、２セル複数周波数モードである。
【００７３】
１セル中継機モードとは、トンネル６１０内を１つのセルで覆い、かつトンネル６１０の中央付近に設置した通信方向切替点路上機６２０にマルチホップ通信の中継を行わせるモードである。この中継機を使用することによって、トンネル６１０内の収容量が疎で中継が不可能なほど車車間が空いてしまう恐れがあるような場合でもマルチホップ通信が行えるようになる。
【００７４】
１セルモードとは、トンネル６１０内の収容量は車車間の中継が不可能であるほどまばらではないが、トンネル６１０内全てを１セルで行えない程には多くない場合の、トンネル６１０内でトンネル６１０のどちらか１方の側の外部の基地局を通信先、中継先としたマルチホップ通信を行うモードである。
【００７５】
２セルモードとは、トンネル６１０内の収容量はトンネル６１０全体の通信を１つの基地局で収容できないほど多い場合に、通信方向切替点路上機６２０の部分でセルを分割してマルチホップ通信を行うモードである。このように通信方向切替点路上機６２０の位置をセルの切替点とすることで、トンネル６１０内にいるがゆえにＧＰＳによる測位ができない車両であっても通信方向切替点路上機６２０を通過するときにこれと通信を行うことによって通信先、中継先を切り替えるタイミングを知ることができる。
【００７６】
２セル複数周波数モードとは、上述の２セルモードでも収容できないほど収容量が多い場合に、トンネル６１０内のマルチホップ通信に割り当てる周波数帯域を複数用意し、それによって各周波数での収容量を減らすモードである。例えば図６において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの印を付けられたマルチホップ車両で、付された印が同じもの同士が同一周波数内でマルチホップ通信を行うようにする。この際、各マルチホップ車両への印の付与は、同じ方向から進入してくる車両の順にＡ，Ｂ，Ａ，Ｂ…の様に交互に行うと中継の距離にむらが発生せず安定した中継が行える。このように複数周波数を使用することによって、セル数を増やすことなく収容量の増大に対応してマルチホップ通信を行うことができる。なお、この２セル複数周波数モード以外の３つのモードにおいて使用するマルチホップ通信の周波数帯域は１つである。
【００７７】
これらの４つのモードは、トンネル６１０内の通信の収容量ρの値が所定の３つの閾値ρ1＜ρ2＜ρ3によって分けられる４つの領域のいずれにあるかに基づいて切り替えられる。各閾値の具体的な値としては、例えばρ1は１セルモードで通信方向切替点路上機６２０を中継機として使わずにマルチホップ通信が可能な最低限の収容量、ρ2は１セルモードでマルチホップ通信の収容量が１つの基地局の収容可能最大量を超えない最大の値、ρ3は２セルモードで収容量が単一周波数で２つの基地局の収容可能最大量を超えない最大の値、としてもよい。
【００７８】
切り替えの制御を行うのはマルチホップサーバ５８０である。図７はこのマルチホップサーバ５８０のトンネル６１０内のセルの制御処理を示すフローチャートである。以下この図７に沿ってモードの切り替えについて説明する。
【００７９】
まずステップ９１０では、マルチホップサーバ５８０はトンネル入口路上機６３０からトンネル６１０入口を通過したマルチホップ車両があるという通知を新たに受けたかどうか判定し、受けたならステップ９１５で当該マルチホップ車両がトンネル６１０内にいることを記憶装置に記録する。
【００８０】
次にマルチホップサーバ５８０はステップ９２０でトンネル６１０内のマルチホップ通信の回線使用量ρを算出する。
【００８１】
次にステップ９２５でρが第１の閾値ρ1より小さいか否かを判定し、小さいならステップ９３０で上記した１セル中継機モードでのマルチホップ通信を選択し、通信方向切替点路上機６２０に通信の中継を行うよう要求する信号を送出し、処理はステップ９６０に移る。また大きいなら処理はステップ９３５に移る。
【００８２】
ステップ９３５ではρが第２の閾値ρ2より小さいか否かを判定し、小さいならステップ９４０で上記した１セルモードでのマルチホップ通信を選択し、処理はステップ９６０に移る。また大きいなら処理はステップ９４５に移る。
【００８３】
ステップ９４５ではρが第３の閾値ρ3より小さいか否かを判定し、小さいならステップ９５０で上記した２セルモードでのマルチホップ通信を選択し、処理はステップ９６０に移る。
【００８４】
また大きいなら処理はステップ９５５に移り、通信に複数の周波数帯を割り当てることで上記した２セル複数周波数モードでのマルチホップ通信を選択し、処理はステップ９６０に移る。
【００８５】
ステップ９６０では上記のように選択したモードに基づいてトンネル６１０内にいると記憶されているマルチホップ車両に通信先の切り替え位置を通知する。
【００８６】
次にステップ９６５で、マルチホップサーバ５８０はトンネル出口路上機６４０からトンネル６１０出口を通過したマルチホップ車両があるという通知を新たに受けたかどうか判定し、受けたならステップ９７０で当該マルチホップ車両がトンネル６１０内にいるという記憶を消去する。
【００８７】
その後処理は９１０に戻る。
【００８８】
このような処理の繰り返しによってマルチホップサーバ５８０はトンネル６１０内の状況に応じてセルを制御していき、それによって決まるセルの切替点の情報をマルチホップ車両に通知する。
【００８９】
このようなモードの選択をするマルチホップサーバ５８０からセルの切替点の情報を受けるマルチホップ車両に搭載されるマルチホップ通信機１０の制御部１５５のトンネル６１０内での処理を図８にフローチャートで示す。以下この図８に沿ってマルチホップ車両がトンネル６１０内に進入してからトンネル６１０外に退出するまでの車載側の処理について説明する。
【００９０】
まずトンネル入口路上機６３０と通信することによってトンネル６１０内に進入したことを検知したマルチホップ車両はステップ３１５で通信先、中継先の切替点の情報を受け、このセルの切替点の変更があればその情報をステップ３２０にて記憶する。
【００９１】
そして、ステップ３２５にて通信先、中継先を切り替える必要があるか否かを判定する。これは、マルチホップ通信が２セルモードあるいは２セル複数周波数モードにある場合に通信方向切替点路上機６２０を通過したか否かの判定に相当する。そして切り替える必要があればステップ３３０にて基地局に通信先、中継先の切り替えが可能であることを報告して後ハンドオーバーする。
【００９２】
そして、ステップ３３５にて自車がトンネル６１０を出たか否かを判定する。これは、自車がトンネル出口路上機６４０を通過したか否かの判定に相当する。トンネル６１０を出ていないと判定すれば処理はステップ３１５に戻り、トンネル６１０を出たと判定すれば制御部１５５はステップ３４０でトンネル６１０内のマルチホップ通信を終了し、通常のマルチホップ通信のネットワーク経路を選択する。
【００９３】
また通信方向切替点路上機６２０は、マルチホップサーバ５８０より通信の中継を行うよう要求する信号を受信すれば中継を行う。また中継を終了するよう要求する信号を受信すれば中継を終了する。これらの通信方向切替路上機６２０の機能は受託中継手段に対応する。
【００９４】
このようにトンネル６１０内で基地局と車両との通信をマルチホップ車両が中継するマルチホップ通信において、トンネル６１０内のマルチホップ車両のマルチホップ通信機１０は自分がトンネル６１０内にいることを検知し、マルチホップサーバ５８０はステップ９１０、９１５によってマルチホップ車両がトンネル６１０内にいることの通知を受けてそれを記憶し、マルチホップサーバ５８０がステップ９３５、９４０、９４５、９５０、９５５によって基地局から受信した収容量の情報に基づいて変更したセルの切替点の情報を、ステップ９２０によって先述の記憶されているマルチホップ車両に通知し、またステップ９２５、９３０によって収容量に基づいて通信を中継するよう要求する信号を通信方向切替点路上機６２０に送信し、マルチホップ車両はステップ３１５、３２０、３２５、３３０によってセルの切替点の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替え、通信方向切替点路上機６２０は受託中継手段によって通信を中継するよう要求する信号を受信することにより路上中継アンテナ６２１と路上中継装置６２２によって中継をするという方法で作動をするマルチホップサーバ５８０、マルチホップ車両６５１〜６６２、および通信方向切替点路上機６２０が連携することで、トンネル６１０上の車両のみが利用できるマルチホップ通信によってトンネル６１０内にセルを形成し、このトンネル６１０内の交通状況に応じてセルを制御することが可能となる。
【００９５】
なお、上記した第１および第２実施形態においては、マルチホップ通信機１０はマルチホップ車載装置であり、中継装置１４０と受信中継アンテナ１４１と送信中継アンテナ１４２とはマルチホップ中継手段を構成する。また高速道路検知装置１５０および統合無線機３１０の高速道路検出機能は特定道路検知手段であり、ＥＴＣ路上機は狭域通信の路上機である。また制御部１５５におけるステップ７３２、７３５、７４０、７５０の処理およびステップ３１５、３２０、３２５、３３０の処理は中継先切り替え手段を構成する。
【００９６】
また、マルチホップサーバ５８０におけるステップ８２０の処理およびステップ９６０の処理が切替点通知手段であり、ステップ８３０、８３５、８４０、８４５、８５０、８５５の処理およびステップ９３５、９４０、９４５、９５０、９５５の処理が切替点変更手段を構成する。またステップ９２５、９３０の処理がマルチホップ路上機制御手段を構成する。またステップ８１０の処理およびステップ９１０、９１５の処理を行うことでマルチホップサーバ５８０の記憶装置がマルチホップ車両記憶手段となる。
【００９７】
また路上中継アンテナ６２１と路上中継装置６２２とは路上マルチホップ中継手段を構成する。またトンネル入口路上機６３０は狭域通信の路上機である。またセルの切替点は中継の中継先となる基地局を切り替える位置である。
【００９８】
（他の実施形態）
本発明の第１実施形態および第２実施形態において、特定道路はそれぞれ高速道路５２０および６１０であるが、マルチホップ車両の進入、退出を当該マルチホップ車両およびマルチホップサーバ５８０が検知することができる道路であればどのような道路であってもよい。
【００９９】
また、マルチホップ通信の各中継経路はＴＤＭＡによってそれぞれタイミングを割り当てられることで確立されていたが、必ずしもＴＤＭＡを使用する必要はなく、各中継の通信が干渉することがないように中継経路が確立されていればよい。例えばマルチホップ車両が指向性を有する受信中継アンテナ１４１、送信中継アンテナ１４２を有し、中継の対象となるマルチホップ車両にその指向性を合わせることで各通信の中継経路を確立してもよい。
【０１００】
また、マルチホップサーバ５８０が制御するセルの切替点の変更は、特定道路上でのマルチホップ車両の走行方向や移動速度に基づくものとしてもよい。これは、上り車線と下り車線とで別々に通信セルを形成する場合には、それぞれの車線内では車両の走行方向が同一であるのでセルの形成が単純となる。また、車両の移動速度は近接する車両同士では近い値となり、この移動速度で車線内の車両の密度が推定できるので、セルの切替点の制御に有効である。
【０１０１】
また、位置検出装置１４５はＧＰＳ端末である必要はなく、特定道路上に点在するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線ＬＡＮ、ＤＳＲＣ(Dedicated Short Range Communication)、ＶＩＣＳ(Vehicle Information and Communication System)等の、通信して特定位置の通過を判断することのできる狭域通信の端末であってもよい。
【０１０２】
また、特定道路検知手段は高速道路入口、出口のＥＴＣ路上機、およびトンネル入口路上機６３０との通信によりマルチホップ車載装置を搭載した車両が特定道路上にいることを検知するが、これはこの車両に搭載されたＧＰＳ測位装置からの位置情報により検知するとしてもよい。
【０１０３】
また、高速道路検知装置１５０はＥＴＣの端末である必要はなく、ＶＩＣＳ、ＤＳＲＣ、ＡＲＴＳ(Advanced Road Transportation System)等の端末であってもよいし、あるいは車両に搭載されたＧＰＳ端末で自車位置を特定し、それによって高速道路に入ったことを検知してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態においてマルチホップ通信を行う高速道路５２０の概念図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるマルチホップ通信機１０のブロック図である。
【図３】制御部１５５の高速道路５２０上の処理を示すフローチャートである。
【図４】マルチホップサーバ５８０における高速道路５２０上のセルの大きさの制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態におけるマルチホップ通信機１０の別の例のブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態においてマルチホップ通信を行うトンネル６１０の概念図である。
【図７】マルチホップサーバ５８０におけるトンネル６１０上のセルの大きさの制御処理を示すフローチャートである。
【図８】制御部１５５のトンネル６１０上の処理を示すフローチャートである。
【図９】従来の通信を行う道路高速道路４１０の概念図である。
【図１０】従来の車載の通信機のブロック図である。
【符号の説明】
１０…マルチホップ通信機、１１０…通信アンテナ、
１１５…アンテナ共用機、１２０…送信部、１２５…受信部、
１３０…ベースバンド信号処理部、１４０…中継装置、
１４１…受信中継アンテナ、１４２…送信中継アンテナ、
１４５…位置検出装置、１４６…ＧＰＳアンテナ、
１５０…高速道路検知装置、１５１…ＥＴＣアンテナ、１５５…制御部、
１６０…表示部、１６５…記憶部、１７０…操作部、３１０…統合無線機、
５１０…セル切替点、５２０…高速道路、
５４１〜５４８…マルチホップ車両、５５１〜５５４…一般車両、
５７０…広域無線通信網、５８０…マルチホップサーバ、６１０…トンネル、
６２０…通信方向切替点路上機、６２１…中継アンテナ、
６２２…路上中継装置、６３０…トンネル入口路上機、
６４０…トンネル出口路上機、６５１〜６６２…マルチホップ車両。
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定道路上において形成される基地局と車両との通信を前記特定道路上の他の車両が中継するマルチホップ通信に関するもので、例えば高速道路内のマルチホップ通信に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路上を走行する車両によって道路付近に敷設された基地局を介した無線通信が行われている。このような道路上において車両が利用するセルラー通信網の概略図を図９に示す。道路４１０に沿ってセルラー通信の基地局ＢＳ１〜ＢＳ９が敷設されており、それらのサービスエリアが道路４１０上を覆っている。道路４１０上の車両４４１〜４４８はこれらの基地局ＢＳ１〜ＢＳ９を介して広域通信網による通信を行うことができる。
【０００３】
このセルラー通信のために車両４４１〜４４８に搭載される通信機のブロック構成の一例を図１０に示す。通信アンテナ１１０はアンテナ共用器１１５を介して受信部１２５と送信部１２０とによって利用される。ベースバンド信号処理部１３０は、この受信部１２５が受けた信号をベースバンド信号に戻し、送信部１２０が送信する信号をベースバンド信号から生成するものである。またベースバンド信号処理部１３０は制御部１５５と情報信号や制御信号のやりとりを行う。また、制御部１５５は送信のためのベースバンド信号の生成および受信したベースバンド信号の処理を行い、必要があるときは表示部１６０にデータを表示し、記憶部１６５にデータを保存し、操作部１７０から入力された信号を処理する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、基地局−端末間通信を一般ユーザーが所持する無線機を中継装置としてネットワークを構築するタイプのマルチホップ通信技術が近年各種企業、団体で研究、開発されている。このマルチホップ通信をセルラー方式の無線通信システムに適用すれば、基地局と直接通信できない地域のユーザでも、他のユーザの中継機を介した通信を行うことが可能となり、実質的に基地局のサービスエリア、すなわちセルの大きさを拡大させることが可能である。
【０００５】
このようなセルラー方式の無線通信システムにおけるマルチホップ通信を高速道路や自動車専用道路、あるいはトンネル内等の車両の特定道路において適用する場合、基地局自体の通信可能範囲に制限されることなくその特定道路に沿ったセルを形成すれば、中継を行う各車両の移動方向や移動速度のばらつきが少ないので中継のネットワーク構成が簡易になるという利点があり、また特定道路に沿って細長いセルを形成することで基地局の切り替えすなわちハンドオーバーの発生数を抑えることができるといった利点もある。
【０００６】
しかし、このような特定道路上でのマルチホップ通信によるセル形成の場合には、例えば事故や時間による交通量の変化等の要因による、特定道路内の疎密度や速度といった交通状況の変動が大きいことと、セルを形成する基地局側で収容できるユーザの数に限りがあることから、各ユーザの位置を基地局で推定あるいは判定してセルの大きさや使用帯域等の制御を行わなければならないという要請がある。
【０００７】
また、この特定道路と一般道路とが並行して走っている等、特定道路に近接した別の道路がある場合、一般道路上の車両と高速道路上の車両の判別が困難であるという問題もある。
【０００８】
本発明は上記要請および問題点に鑑みて、特定道路上の車両のみが利用できるマルチホップ通信によって特定道路上に沿ってセルを形成し、またセルの制御を行うことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載のマルチホップサーバでは、マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両が特定道路に進入したかあるいは特定道路から退出したかの通知を受け、それに基づいて特定道路にいるマルチホップ車両を記憶するマルチホップ車両記憶手段と、特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に中継の中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知する切替点通知手段と、基地局の特定道路内での通信の収容量に基づいて中継先となる基地局を切り替える位置を変更する切替点変更手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
これにより、マルチホップサーバがマルチホップ車両記憶手段によって特定道路上のマルチホップ車両が判別できるので、特定道路上の車両のみが利用できるマルチホップ通信に特定道路上に沿ってセルを形成することができる。また、切替点変更手段によって収容量に基づいてセルの切替点を変更し、切替点通知手段によってマルチホップ車両に通知することができるので、セルの制御が可能となる。
【００１５】
また請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のマルチホップサーバにおいて、収容量の情報を自己の収容量を通知する基地局から受信することによって取得する収容量検知手段を備えたことを特徴としている。
【００１６】
また請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のマルチホップサーバにおいて、特定道路近傍に設置され特定道路上の基地局と車両との通信を中継するよう要求する信号を受信して中継を行うマルチホップ路上機に、基地局の特定道路内での通信の収容量に基づいて通信を中継するよう要求する信号を送信するマルチホップ路上機制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１７】
このマルチホップ路上機制御手段によって、収容量に基づいてマルチホップ路上機に中継を行うよう要求することができるので、中継が届かない程まばらな特定道路においても特定道路に沿ったマルチホップ通信が可能となる。
【００２１】
また請求項４に記載のマルチホップ通信方法では、マルチホップ車載装置が特定道路上で通信を中継するマルチホップ通信を行うことにより特定道路上に沿って基地局のセルを形成し、この形成されたセルを制御するようにマルチホップ車載装置とマルチホップサーバとが基地局を経由して通信する通信方法であって、マルチホップサーバは、マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両が特定道路に進入したかあるいは特定道路から退出したかの通知を受け、それに基づいて特定道路にいるマルチホップ車両を記憶し、また基地局の特定道路上での通信の収容量に基づいてマルチホップ車載装置の中継先となる基地局を切り替える位置を変更し、また特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知し、マルチホップ車載装置は、中継先となる基地局を切り替える位置の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替えることを特徴としている。
【００２２】
これによって、特定道路検知手段とマルチホップ車両記憶手段によりこのマルチホップ車載装置を搭載した当該車両が特定道路上にいることが判別できるので、マルチホップ中継手段により特定道路上の車両のみが利用できるマルチホップ通信を行うことができる。また、マルチホップサーバが切替点変更手段によって収容量に基づいてセルの切替点を変更し、切替点通知手段によってマルチホップ車両に通知し、それを中継先切り替え手段によって受信し、その情報に基づいて切り替えを行うことができるので、セルの制御を行うことができる。
【００２３】
また請求項５に記載のマルチホップ通信方法では、マルチホップ車載装置がトンネル内で通信を中継するマルチホップ通信を行うことによりトンネル内に沿って基地局のセルを形成し、この形成されたセルを制御するようにマルチホップ車載装置とマルチホップサーバとが基地局を経由して通信する通信方法であって、マルチホップサーバは、マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両がトンネル内に進入したかあるいはトンネルから退出したかの通知を受け、それに基づいてトンネル内にいるマルチホップ車両を記憶し、また基地局のトンネル内での通信の収容量に基づいてマルチホップ車載装置の中継先となる基地局を切り替える位置を変更し、また特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知し、また収容量に基づいてトンネル内に設置されたマルチホップ路上機に通信を中継するよう要求する信号を送信し、マルチホップ路上機は、通信を中継するよう要求する信号を受信すると中継を行い、マルチホップ車載装置は、中継先となる基地局を切り替える位置の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替えることを特徴としている。
【００２４】
これによって、特定道路検知手段とマルチホップ車両記憶手段によりこのマルチホップ車載装置を搭載した当該車両がトンネル内にいることが判別できるので、マルチホップ中継手段によりトンネル内の車両のみが利用できるマルチホップ通信を行うことができる。また、マルチホップサーバが切替点変更手段によって収容量に基づいてセルの切替点を変更し、切替点通知手段によってマルチホップ車両に通知し、それを中継先切り替え手段によって受信し、その情報に基づいて切り替えを行うことができるので、セルの制御を行うことができる。またこのマルチホップ路上機制御手段によって、収容量に基づいてマルチホップ路上機に中継を行うようマルチホップサーバが要求することができ、マルチホップ中継手段を備えたマルチホップ路上機が受託中継手段によってこの要求に基づいた中継を行うことができるので、中継が届かない程まばらなトンネル内においても特定道路に沿ったマルチホップ通信が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本実施形態においてマルチホップ通信によってセルを形成する高速道路のシステムの全体図を示す。マルチホップ通信とは、基地局と端末との通信を１つまたは複数の中継局が中継することによって、基地局の本来の通信可能領域を実効的に拡大させることができるものである。本実施形態のマルチホップ通信では、高速道路上の車両が中継局となることにより基地局−車両間の通信可能なエリアが高速道路に沿うように伸びている。
【００２７】
高速道路５２０に沿って基地局ＢＳ１、ＢＳ２、…、ＢＳ８が敷設され、それぞれ基地局の通信エリアである円形のセルは高速道路５２０の一部を覆い、これらの基地局全体で高速道路５２０を覆うようになっている。高速道路５２０外の一般車両５５１〜５５４や、図示しない高速道路５２０上の一般車両はこのセル内において該当する基地局に接続し、広域無線通信網５７０を経由して通信を行う。
【００２８】
この高速道路５２０上にはマルチホップ通信に対応した車両であるマルチホップ車両５４１〜５４８が存在する。図１においてはマルチホップ車両５４１〜５４４はマルチホップ通信により基地局ＢＳ５のセルを拡大させる形で高速道路５２０上にセルＨＷ１を形成し、マルチホップ車両５４５〜５４８はマルチホップ通信により基地局ＢＳ８のセルを拡大させる形で高速道路５２０上にセルＨＷ２を形成している。基地局ＢＳ１〜ＢＳ８は広域無線通信網５７０によって相互に通信が行えるようになっており、またマルチホップサーバ５８０がこの広域無線通信網５７０に接続することにより、基地局を介してマルチホップ車両５４５〜５４８と通信できるようになっている。
【００２９】
基地局ＢＳ１〜ＢＳ５は自分の局の回線使用量すなわち収容量を検知して、定期的にマルチホップサーバ５８０に通知している。
【００３０】
図２にマルチホップ車両５４１〜５４８がマルチホップ通信のために搭載するマルチホップ通信機１０のブロック図を示す。基地局ＢＳ１〜ＢＳ８と通信するための通信アンテナ１１０は、アンテナ共用器１１５を介して送信部１２０および受信部１２５と接続し、送受信共用のアンテナとして使用される。この送信部１２０はベースバンド処理部１３０から送信された信号を受け取って通信アンテナ１１０に送り出し、受信部１２５は通信アンテナ１１０から受け取った信号をベースバンド信号処理部１３０に送出する。
【００３１】
ベースバンド信号処理部１３０はベースバンド信号→送信信号、受信信号→ベースバンド信号の変調を行い、またマルチホップ通信の中継を行うための中継装置１４０、ＧＰＳによって位置情報を検出する位置検出装置１４５、高速道路５２０の出口と入口で狭域通信の路上機であるＥＴＣ路上機（図示せず）と通信して高速道路５２０に進入したこと、あるいは高速道路５２０から退出したことを検知する高速道路検知装置１５０と信号をやりとりしている。
【００３２】
中継装置１４０は受信中継アンテナ１４１、送信中継アンテナ１４２の２つのアンテナを使用してマルチホップ通信の信号を受信中継アンテナ１４１で受信し、それを増幅して送信中継アンテナ１４２から送信する。
【００３３】
位置検出装置１４５はＧＰＳアンテナ１４６を使用し、高速道路検知装置１５０はＥＴＣアンテナ１５１を使用する。またベースバンド信号処理部１３０は各種通信処理および制御を行う制御部１５５とデータの交換を行っている。この制御部１５５は必要に応じて表示部１６０にデータを表示し、記憶部１６５を使用して情報の保存および参照を行い、操作部１７０から車内の乗員による入力を受け付ける。また、図２中には記載していないが、制御部１５５と中継装置１４０、位置検出装置１４５、高速道路検知装置１５０のそれぞれとは信号線で接続されており、それを介して制御信号の授受が行われている。
【００３４】
マルチホップサーバ５８０は広域無線通信網５７０に接続することによって基地局を経由してマルチホップ車両５４１〜５４８と通信できるようになっており、これらのセルＨＷ１、セルＨＷ２の大きさの制御、セルＨＷ１、セルＨＷ２内のマルチホップ通信の制御を行うものである。また、マルチホップ車両５４１〜５４８からの通知によってこれらの車両の高速道路５２０上の位置情報を取得し、それに基づきマルチホップ通信の中継経路を設定してマルチホップ車両５４１〜５４８に通知するものである。また、高速道路５２０上にいるマルチホップ車両およびその他の情報を記憶するための記憶装置を有している。また、マルチホップサーバ５８０は各基地局から通知を受信することによりそれぞれの基地局における収容量の情報を取得している。これは収容量検知手段に対応する。
【００３５】
以上の様な構成のシステムによって行われる本実施形態のマルチホップ通信では、個々のマルチホップ車両−基地局間通信はＴＤＭＡによって時分割で割り振られた通信チャンネルを使用するようになっている。この時分割によるチャンネルの割り当てはマルチホップサーバ５８０が行い、その通知を受けたマルチホップ車両や基地局はそれに応じた通信タイミングで信号の送受を行う。
【００３６】
マルチホップサーバ５８０によってこの通信の中継経路であると定められたマルチホップ車両も同じタイミングで中継を行うために、マルチホップサーバ５８０から通知を受けたチャンネルのタイミングに従って中継開始時に制御部１５５が中継装置１４０を作動状態とし、中継終了時に制御部１５５が中継装置１４０を停止状態とする。これによって各通信は他の通信と干渉することなく中継される。
【００３７】
このようにして、マルチホップサーバ５８０が車両−基地局間通信を行うときの中継経路と通信タイミングを決めることによって、あるタイミングにおいては単一の通信の中継のみが行われるようになるので、高速道路５２０上のマルチホップ通信が定められた中継経路で行うことが可能となる。
【００３８】
上記の様なマルチホップ通信を行い高速道路５２０沿いにセルを形成しても、基地局の収容量には限りがあるので高速道路５２０全体を覆う１つのセルを形成することは困難である。したがって図１に示したセルＨＷ１、ＨＷ２のように高速道路５２０上でセルを複数形成し、マルチホップ車両は移動に伴い、それぞれの所在地をカバーするセルに対応する基地局とマルチホップ通信を行うようセルを切り替える、すなわち通信先、中継先を切り替える必要がある。
【００３９】
また高速道路５２０内においては、例えば事故や時間による交通量の変化等の要因による特定道路内の疎密度や速度といった交通状況の変動が大きいことから、セルの大きさを一定とすると通信要求の量が基地局の収容可能な最大量を上回ってしまう等の問題が発生する可能性がある。本実施形態においてはこの問題を解消するために、高速道路５２０内のセルＨＷ１、ＨＷ２の大きさが可変となるように、すなわちセルの切替点が可変となるようにしている。
【００４０】
さらに、セルの大きさが可変となると、セルが縮小したときに隣接するセル間でマルチホップ通信のための空き領域ができてしまう場合がある。このような場合においては、この空き領域ではマルチホップ通信を行わず通常の基地局との通信を行うこともできるし、あるいはこの空き領域に新たにマルチホップ通信のセルを形成し、新たな基地局がその通信の中継先となるようにすることもできる。これは今まで１つのセルで賄っていた領域を２つ以上のセルで賄うことになるので、セルの分割と呼ぶことができる。本実施形態ではこのセル分割方式を採用する。
【００４１】
また、セルが拡大したときに隣接するセル同士でサービスエリアの重なりが非常に大きくなる場合がある。このような場合においては、重なりが所定量より大きくなった場合にその重なった２つのセルを１つに結合してしまうセル結合方式を採用する。
【００４２】
このような高速道路５２０上でセルのハンドオーバーが発生し、さらにセルの大きさが可変であるマルチホップ通信に対応しているマルチホップ車両５４１〜５４８、マルチホップサーバ５８０の作動について以下説明する。
【００４３】
図３はマルチホップ車両５４１〜５４８が搭載しているマルチホップ通信機１０の制御部１５５の処理を示すフローチャートである。説明はこのフローチャートに従って行う。
【００４４】
まず制御部１５５は、自機を搭載するマルチホップ車両が高速道路５２０上を走行しているか否かを判定する。この判定は、高速道路５２０上のＥＴＣ路上機と高速道路検知装置１５０との通信によって取得した情報を参照することにより行う（ステップ７１０）。
【００４５】
高速道路５２０上を走行していないと判定した場合は、高速道路５２０に沿ったマルチホップ通信ではなく、一般道路における通常のマルチホップ通信を高速道路５２０に入るまで行う（ステップ７２０）。ここで、通常のマルチホップ通信とは、中継経路を高速道路５２０のような特定道路内に限らず通信を行うマルチホップ通信のことである。
【００４６】
高速道路５２０上を走行していると判定した場合は、高速道路５２０に沿ったマルチホップ通信を行うものとし、マルチホップ通信の基地局に自車が高速道路５２０上を走行していることを通知する。その際制御部１５５は、位置検出装置１４５によって得た位置情報も併せて基地局に通知する（ステップ７３０）。
【００４７】
その後、マルチホップサーバ７３０からセルの切替点が変更になったことの通知があるか否かを判定する（ステップ７３２）。そしてもし変更があればセルの切替点の情報を記憶部１６５に保存する（ステップ７３５）。
【００４８】
セルの切替点の情報を保存して後、あるいはステップ７３２で変更の通知がないと判定された後、制御部１５５は位置検出装置１４５から自車の位置情報を取得し、保存されたセルの切替点の情報と照らし合わせて通信を行うセルを切り替える必要があるか否かを判定する（ステップ７４０）。必要であると判定すれば、制御部１５５は基地局に対してセルの切り替えが可能であることを通知したのち、切替を行う（ステップ７５０）。その後、処理はステップ７１０に戻る。
【００４９】
これらの処理を繰り返すことにより、マルチホップ車両はマルチホップサーバ５８０からセルの切替点の情報を受信していくことで正しい位置で通信先、中継先を切り替えることができる。
【００５０】
図４はマルチホップサーバ５８０がマルチホップ通信においてセルサイズを調節するための処理をフローチャートで示したものである。以下このフローチャートに従ってマルチホップサーバ５８０の作動について説明する。
【００５１】
マルチホップサーバ５８０は各マルチホップ車両から高速道路５２０上に進入したかあるいは高速道路５２０から退出したかの通知を受け、それに基づいて高速道路５２０内にいるマルチホップ車両を記憶装置に記録する（ステップ８１０）。
【００５２】
また、高速道路内におけるマルチホップ車両から車両の現在位置の情報の通知を受ける（ステップ８１５）。
【００５３】
そしてこれらの記録された高速道路５２０上のマルチホップ車両に対し、高速道路５２０内のセルの切替地点の情報や通信時の中継タイミングすなわち通信チャンネルについての通知を行う（ステップ８２０）。
【００５４】
ここでマルチホップサーバ５８０は、高速道路５２０上の各セルＨＷ１、ＨＷ２内での収容量すなわち回線使用量を基に、それらのセル内で大きさを変える必要があるセルが存在するか否かを判定する（ステップ８２５）。もし存在しないなら、処理はステップ８１０に戻る。
【００５５】
もし大きさを変える必要があるセルが存在すると判定すれば、次に回線使用量が所定の上限値Ｎより大きいものがあるか否かを判定し（ステップ８３０）、あればそのセルの大きさ、すなわちサービスエリアを縮める（ステップ８３５）。なおこの所定の上限値Ｎは、各セル内での基地局の収容可能最大量を上回らない値である。
【００５６】
次に回線使用量が所定の下限値Ｍより小さいものがあるか否かを判定し（ステップ８４０）、あればそのセルの大きさ、すなわちサービスエリアを広げる（ステップ８４５）。
【００５７】
そして、このサービスエリア縮小の処理の結果セル間に空き領域ができてしまう、またはサービスエリア拡大の処理の結果セルの重複部分が大きくなって所定の重複量を超えてしまう等の場合に対処するため、高速道路５２０内のセル構造を再形成する必要があるか否かをマルチホップサーバ５８０は判定する（ステップ８５０）。そしてその必要があると判定すればそれに従ってセルの分割、結合等のセル構造の再形成を行う（ステップ８５５）。
【００５８】
そして処理はステップ８１０に戻り、ステップ８２０において新たなセルの切替位置の情報がマルチホップ車両に通知される。
【００５９】
このような処理の繰り返しによってマルチホップサーバ５８０は高速道路５２０の状況に応じてセルの大きさや数を制御していき、それによって決まるセルの切替点の情報をマルチホップ車両に通知する。
【００６０】
このように高速道路５２０上で基地局と車両との通信をマルチホップ車両が中継するマルチホップ通信において、高速道路５２０上のマルチホップ車両のマルチホップ通信機１０は自分が高速道路５２０上にいることをステップ７１０によって検知し、マルチホップサーバ５８０はステップ８１０によってマルチホップ車両が高速道路５２０にいることの通知を受けてそれを記憶し、マルチホップサーバ５８０がステップ８３０、８３５、８４０、８４５、８５０、８５５によって収容量に基づいて変更したセルの切替点の情報をステップ８２０によって先述の記憶されているマルチホップ車両に通知し、マルチホップ車両のマルチホップ通信機１０はステップ７３２、７３５、７４０によってセルの切替点の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替えるという方法で作動をするマルチホップサーバ５８０とマルチホップ車両５４１〜５４８とが連携することで、高速道路５２０上の車両のみによるマルチホップ通信によって高速道路５２０上に沿ってセルを形成し、この高速道路５２０内の交通状況に応じてセルを制御することが可能となる。
【００６１】
なお、本実施形態におけるマルチホップ通信機１０としては、必ずしも図２に示したように各通信システムに対応するモジュールを個々に有する構成でなくともよい。その一例として別の構成のマルチホップ通信機１０のブロック図を図５に示す。
【００６２】
この図５の構成のマルチホップ通信機１０が図２のマルチホップ通信機１０と異なる部分は、図２のマルチホップ通信機１０の受信部１２５、送信部１２０を１つの装置にまとめて統合無線機３１０とし、さらにこの統合無線機３１０に位置検出装置１４５に相当する機能と高速道路検知装置１５０に相当する機能とを併せ持たせたこと、このような統合無線機３１０がそれぞれの機能のために通信アンテナ１１０を使用することができるよう通信アンテナ１１０を複数周波数対応としたこと、そして独立にベースバンド信号処理部１３０に接続していた位置検出装置１４５とＧＰＳアンテナ１４６、および高速道路検知装置１５０とＥＴＣアンテナ１５１を無くしたことである。このような構成によって１本のアンテナで広域通信の送受信、ＧＰＳ情報の受信、ＥＴＣ路上機との通信を行うことが可能となる。
【００６３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、トンネル内に沿ってセルを形成するマルチホップ通信システムについて説明する。図６は、マルチホップ通信を行うトンネル６１０におけるこの通信システムの概略図である。
【００６４】
トンネル６１０の中央付近の路側には通信方向切替点路上機６２０が敷設され、またトンネル６１０の入口と出口の脇には、それぞれトンネル入口路上機６３０とトンネル出口路上機６４０が敷設されている。トンネル６１０の両側の出入り口の外側には基地局（図示せず）が存在し、この基地局は第１実施形態と同様広域無線通信網（図示せず）を介してマルチホップサーバ５８０（図示せず）と通信が行えるようになっている。また通信方向切替点路上機６２０、トンネル入口路上機６３０、トンネル出口路上機６４０もマルチホップサーバ５８０と通信できるようになっている。
【００６５】
またこのトンネル６１０内をマルチホップ車両６５１〜６６２が走行しており、トンネル６１０の両側の出入口の外部にある基地局（図示せず）はこれらのマルチホップ車両６５１〜６６２の中継によってトンネル６１０内にセルを形成することが可能となる。
【００６６】
通信方向切替点路上機６２０はトンネル６１０内でその近くを通過する車両と例えばＶＩＣＳやＤＳＲＣ等の路車間通信を行って各種情報を授受することができる通信装置を有し（図示せず）、またマルチホップ通信の中継を行うための２本の路上中継アンテナ６２１と路上中継装置６２２を有している。
【００６７】
入口路上機６３０はトンネル６１０内に進入する車両と通信を行い、マルチホップ車両の進入情報をマルチホップサーバ５８０に通知するものであり、出口路上機６４０はトンネル６１０から退出する車両と通信を行い、マルチホップ車両の退出情報をマルチホップサーバ５８０に通知するものである。これらの通信も例えばＶＩＣＳやＤＳＲＣ等の路車間通信によって行われる。
【００６８】
本実施形態においてはマルチホップ車両に搭載されたマルチホップ通信機１０とマルチホップサーバ５８０の構成は第１実施形態のそれと同じであるのでその説明は省略する。ただし、マルチホップ通信においてマルチホップサーバ５８０がセルの数、形状を制御する方法は異なっているので、以下その部分について詳細に説明する。
【００６９】
第１実施形態のような高速道路５２０上での通信と違い、トンネル６１０内での通信はマルチホップ車両の通信先、中継先となる基地局がトンネル６１０の両側の出入口の外にある２つしかないので、トンネル６１０内におけるセルは最大でも２つしか形成することができない。従って、例えばトンネル６１０内で渋滞となった場合のようにトンネル６１０内で２つの基地局の収容可能最大量を超える通信要求があっても、セルを小さくして空いた領域に新たなセルを形成することができないという問題がある。
【００７０】
また、逆にトンネル６１０内で車両の交通量がまばらになり、マルチホップ通信の中継ができないほど車車間が広がってしまった場合、基地局はトンネル６１０内にセルを形成することができず、結果としてトンネル６１０内の車両は通信を行う手段を失ってしまうという問題がある。
【００７１】
これらの問題を解決するために、本実施形態ではトンネル６１０内の回線使用量に応じて４つのマルチホップ通信モードを切り替える方法を採用する。
【００７２】
４つのマルチホップ通信モードとは、１セル中継機モード、１セルモード、２セルモード、２セル複数周波数モードである。
【００７３】
１セル中継機モードとは、トンネル６１０内を１つのセルで覆い、かつトンネル６１０の中央付近に設置した通信方向切替点路上機６２０にマルチホップ通信の中継を行わせるモードである。この中継機を使用することによって、トンネル６１０内の収容量が疎で中継が不可能なほど車車間が空いてしまう恐れがあるような場合でもマルチホップ通信が行えるようになる。
【００７４】
１セルモードとは、トンネル６１０内の収容量は車車間の中継が不可能であるほどまばらではないが、トンネル６１０内全てを１セルで行えない程には多くない場合の、トンネル６１０内でトンネル６１０のどちらか１方の側の外部の基地局を通信先、中継先としたマルチホップ通信を行うモードである。
【００７５】
２セルモードとは、トンネル６１０内の収容量はトンネル６１０全体の通信を１つの基地局で収容できないほど多い場合に、通信方向切替点路上機６２０の部分でセルを分割してマルチホップ通信を行うモードである。このように通信方向切替点路上機６２０の位置をセルの切替点とすることで、トンネル６１０内にいるがゆえにＧＰＳによる測位ができない車両であっても通信方向切替点路上機６２０を通過するときにこれと通信を行うことによって通信先、中継先を切り替えるタイミングを知ることができる。
【００７６】
２セル複数周波数モードとは、上述の２セルモードでも収容できないほど収容量が多い場合に、トンネル６１０内のマルチホップ通信に割り当てる周波数帯域を複数用意し、それによって各周波数での収容量を減らすモードである。例えば図６において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの印を付けられたマルチホップ車両で、付された印が同じもの同士が同一周波数内でマルチホップ通信を行うようにする。この際、各マルチホップ車両への印の付与は、同じ方向から進入してくる車両の順にＡ，Ｂ，Ａ，Ｂ…の様に交互に行うと中継の距離にむらが発生せず安定した中継が行える。このように複数周波数を使用することによって、セル数を増やすことなく収容量の増大に対応してマルチホップ通信を行うことができる。なお、この２セル複数周波数モード以外の３つのモードにおいて使用するマルチホップ通信の周波数帯域は１つである。
【００７７】
これらの４つのモードは、トンネル６１０内の通信の収容量ρの値が所定の３つの閾値ρ1＜ρ2＜ρ3によって分けられる４つの領域のいずれにあるかに基づいて切り替えられる。各閾値の具体的な値としては、例えばρ1は１セルモードで通信方向切替点路上機６２０を中継機として使わずにマルチホップ通信が可能な最低限の収容量、ρ2は１セルモードでマルチホップ通信の収容量が１つの基地局の収容可能最大量を超えない最大の値、ρ3は２セルモードで収容量が単一周波数で２つの基地局の収容可能最大量を超えない最大の値、としてもよい。
【００７８】
切り替えの制御を行うのはマルチホップサーバ５８０である。図７はこのマルチホップサーバ５８０のトンネル６１０内のセルの制御処理を示すフローチャートである。以下この図７に沿ってモードの切り替えについて説明する。
【００７９】
まずステップ９１０では、マルチホップサーバ５８０はトンネル入口路上機６３０からトンネル６１０入口を通過したマルチホップ車両があるという通知を新たに受けたかどうか判定し、受けたならステップ９１５で当該マルチホップ車両がトンネル６１０内にいることを記憶装置に記録する。
【００８０】
次にマルチホップサーバ５８０はステップ９２０でトンネル６１０内のマルチホップ通信の回線使用量ρを算出する。
【００８１】
次にステップ９２５でρが第１の閾値ρ1より小さいか否かを判定し、小さいならステップ９３０で上記した１セル中継機モードでのマルチホップ通信を選択し、通信方向切替点路上機６２０に通信の中継を行うよう要求する信号を送出し、処理はステップ９６０に移る。また大きいなら処理はステップ９３５に移る。
【００８２】
ステップ９３５ではρが第２の閾値ρ2より小さいか否かを判定し、小さいならステップ９４０で上記した１セルモードでのマルチホップ通信を選択し、処理はステップ９６０に移る。また大きいなら処理はステップ９４５に移る。
【００８３】
ステップ９４５ではρが第３の閾値ρ3より小さいか否かを判定し、小さいならステップ９５０で上記した２セルモードでのマルチホップ通信を選択し、処理はステップ９６０に移る。
【００８４】
また大きいなら処理はステップ９５５に移り、通信に複数の周波数帯を割り当てることで上記した２セル複数周波数モードでのマルチホップ通信を選択し、処理はステップ９６０に移る。
【００８５】
ステップ９６０では上記のように選択したモードに基づいてトンネル６１０内にいると記憶されているマルチホップ車両に通信先の切り替え位置を通知する。
【００８６】
次にステップ９６５で、マルチホップサーバ５８０はトンネル出口路上機６４０からトンネル６１０出口を通過したマルチホップ車両があるという通知を新たに受けたかどうか判定し、受けたならステップ９７０で当該マルチホップ車両がトンネル６１０内にいるという記憶を消去する。
【００８７】
その後処理は９１０に戻る。
【００８８】
このような処理の繰り返しによってマルチホップサーバ５８０はトンネル６１０内の状況に応じてセルを制御していき、それによって決まるセルの切替点の情報をマルチホップ車両に通知する。
【００８９】
このようなモードの選択をするマルチホップサーバ５８０からセルの切替点の情報を受けるマルチホップ車両に搭載されるマルチホップ通信機１０の制御部１５５のトンネル６１０内での処理を図８にフローチャートで示す。以下この図８に沿ってマルチホップ車両がトンネル６１０内に進入してからトンネル６１０外に退出するまでの車載側の処理について説明する。
【００９０】
まずトンネル入口路上機６３０と通信することによってトンネル６１０内に進入したことを検知したマルチホップ車両はステップ３１５で通信先、中継先の切替点の情報を受け、このセルの切替点の変更があればその情報をステップ３２０にて記憶する。
【００９１】
そして、ステップ３２５にて通信先、中継先を切り替える必要があるか否かを判定する。これは、マルチホップ通信が２セルモードあるいは２セル複数周波数モードにある場合に通信方向切替点路上機６２０を通過したか否かの判定に相当する。そして切り替える必要があればステップ３３０にて基地局に通信先、中継先の切り替えが可能であることを報告して後ハンドオーバーする。
【００９２】
そして、ステップ３３５にて自車がトンネル６１０を出たか否かを判定する。これは、自車がトンネル出口路上機６４０を通過したか否かの判定に相当する。トンネル６１０を出ていないと判定すれば処理はステップ３１５に戻り、トンネル６１０を出たと判定すれば制御部１５５はステップ３４０でトンネル６１０内のマルチホップ通信を終了し、通常のマルチホップ通信のネットワーク経路を選択する。
【００９３】
また通信方向切替点路上機６２０は、マルチホップサーバ５８０より通信の中継を行うよう要求する信号を受信すれば中継を行う。また中継を終了するよう要求する信号を受信すれば中継を終了する。これらの通信方向切替路上機６２０の機能は受託中継手段に対応する。
【００９４】
このようにトンネル６１０内で基地局と車両との通信をマルチホップ車両が中継するマルチホップ通信において、トンネル６１０内のマルチホップ車両のマルチホップ通信機１０は自分がトンネル６１０内にいることを検知し、マルチホップサーバ５８０はステップ９１０、９１５によってマルチホップ車両がトンネル６１０内にいることの通知を受けてそれを記憶し、マルチホップサーバ５８０がステップ９３５、９４０、９４５、９５０、９５５によって基地局から受信した収容量の情報に基づいて変更したセルの切替点の情報を、ステップ９２０によって先述の記憶されているマルチホップ車両に通知し、またステップ９２５、９３０によって収容量に基づいて通信を中継するよう要求する信号を通信方向切替点路上機６２０に送信し、マルチホップ車両はステップ３１５、３２０、３２５、３３０によってセルの切替点の情報を受信し、この情報に基づいて中継先となる基地局を切り替え、通信方向切替点路上機６２０は受託中継手段によって通信を中継するよう要求する信号を受信することにより路上中継アンテナ６２１と路上中継装置６２２によって中継をするという方法で作動をするマルチホップサーバ５８０、マルチホップ車両６５１〜６６２、および通信方向切替点路上機６２０が連携することで、トンネル６１０上の車両のみが利用できるマルチホップ通信によってトンネル６１０内にセルを形成し、このトンネル６１０内の交通状況に応じてセルを制御することが可能となる。
【００９５】
なお、上記した第１および第２実施形態においては、マルチホップ通信機１０はマルチホップ車載装置であり、中継装置１４０と受信中継アンテナ１４１と送信中継アンテナ１４２とはマルチホップ中継手段を構成する。また高速道路検知装置１５０および統合無線機３１０の高速道路検出機能は特定道路検知手段であり、ＥＴＣ路上機は狭域通信の路上機である。また制御部１５５におけるステップ７３２、７３５、７４０、７５０の処理およびステップ３１５、３２０、３２５、３３０の処理は中継先切り替え手段を構成する。
【００９６】
また、マルチホップサーバ５８０におけるステップ８２０の処理およびステップ９６０の処理が切替点通知手段であり、ステップ８３０、８３５、８４０、８４５、８５０、８５５の処理およびステップ９３５、９４０、９４５、９５０、９５５の処理が切替点変更手段を構成する。またステップ９２５、９３０の処理がマルチホップ路上機制御手段を構成する。またステップ８１０の処理およびステップ９１０、９１５の処理を行うことでマルチホップサーバ５８０の記憶装置がマルチホップ車両記憶手段となる。
【００９７】
また路上中継アンテナ６２１と路上中継装置６２２とは路上マルチホップ中継手段を構成する。またトンネル入口路上機６３０は狭域通信の路上機である。またセルの切替点は中継の中継先となる基地局を切り替える位置である。
【００９８】
（他の実施形態）
本発明の第１実施形態および第２実施形態において、特定道路はそれぞれ高速道路５２０および６１０であるが、マルチホップ車両の進入、退出を当該マルチホップ車両およびマルチホップサーバ５８０が検知することができる道路であればどのような道路であってもよい。
【００９９】
また、マルチホップ通信の各中継経路はＴＤＭＡによってそれぞれタイミングを割り当てられることで確立されていたが、必ずしもＴＤＭＡを使用する必要はなく、各中継の通信が干渉することがないように中継経路が確立されていればよい。例えばマルチホップ車両が指向性を有する受信中継アンテナ１４１、送信中継アンテナ１４２を有し、中継の対象となるマルチホップ車両にその指向性を合わせることで各通信の中継経路を確立してもよい。
【０１００】
また、マルチホップサーバ５８０が制御するセルの切替点の変更は、特定道路上でのマルチホップ車両の走行方向や移動速度に基づくものとしてもよい。これは、上り車線と下り車線とで別々に通信セルを形成する場合には、それぞれの車線内では車両の走行方向が同一であるのでセルの形成が単純となる。また、車両の移動速度は近接する車両同士では近い値となり、この移動速度で車線内の車両の密度が推定できるので、セルの切替点の制御に有効である。
【０１０１】
また、位置検出装置１４５はＧＰＳ端末である必要はなく、特定道路上に点在するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線ＬＡＮ、ＤＳＲＣ(Dedicated Short Range Communication)、ＶＩＣＳ(Vehicle Information and Communication System)等の、通信して特定位置の通過を判断することのできる狭域通信の端末であってもよい。
【０１０２】
また、特定道路検知手段は高速道路入口、出口のＥＴＣ路上機、およびトンネル入口路上機６３０との通信によりマルチホップ車載装置を搭載した車両が特定道路上にいることを検知するが、これはこの車両に搭載されたＧＰＳ測位装置からの位置情報により検知するとしてもよい。
【０１０３】
また、高速道路検知装置１５０はＥＴＣの端末である必要はなく、ＶＩＣＳ、ＤＳＲＣ、ＡＲＴＳ(Advanced Road Transportation System)等の端末であってもよいし、あるいは車両に搭載されたＧＰＳ端末で自車位置を特定し、それによって高速道路に入ったことを検知してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態においてマルチホップ通信を行う高速道路５２０の概念図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるマルチホップ通信機１０のブロック図である。
【図３】制御部１５５の高速道路５２０上の処理を示すフローチャートである。
【図４】マルチホップサーバ５８０における高速道路５２０上のセルの大きさの制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態におけるマルチホップ通信機１０の別の例のブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態においてマルチホップ通信を行うトンネル６１０の概念図である。
【図７】マルチホップサーバ５８０におけるトンネル６１０上のセルの大きさの制御処理を示すフローチャートである。
【図８】制御部１５５のトンネル６１０上の処理を示すフローチャートである。
【図９】従来の通信を行う道路高速道路４１０の概念図である。
【図１０】従来の車載の通信機のブロック図である。
【符号の説明】
１０…マルチホップ通信機、１１０…通信アンテナ、
１１５…アンテナ共用機、１２０…送信部、１２５…受信部、
１３０…ベースバンド信号処理部、１４０…中継装置、
１４１…受信中継アンテナ、１４２…送信中継アンテナ、
１４５…位置検出装置、１４６…ＧＰＳアンテナ、
１５０…高速道路検知装置、１５１…ＥＴＣアンテナ、１５５…制御部、
１６０…表示部、１６５…記憶部、１７０…操作部、３１０…統合無線機、
５１０…セル切替点、５２０…高速道路、
５４１〜５４８…マルチホップ車両、５５１〜５５４…一般車両、
５７０…広域無線通信網、５８０…マルチホップサーバ、６１０…トンネル、
６２０…通信方向切替点路上機、６２１…中継アンテナ、
６２２…路上中継装置、６３０…トンネル入口路上機、
６４０…トンネル出口路上機、６５１〜６６２…マルチホップ車両。
Claims (5)
- マルチホップ車載装置が特定道路上で通信を中継するマルチホップ通信を行うことにより前記特定道路上に沿って基地局のセルを形成するマルチホップ通信システムに用いられ、前記形成されたセルを制御するように前記マルチホップ車載装置と前記基地局を経由して通信するマルチホップサーバであって、
前記マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両が特定道路に進入したかあるいは前記特定道路から退出したかの通知を受け、それに基づいて前記特定道路にいるマルチホップ車両を記憶するマルチホップ車両記憶手段と、
前記特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に前記中継の中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知する切替点通知手段と、
前記基地局の前記特定道路内での通信の収容量に基づいて前記中継先となる基地局を切り替える位置を変更する切替点変更手段と、を備えたマルチホップサーバ。 - 前記収容量の情報を自己の収容量を通知する基地局から受信することによって取得する収容量検知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップサーバ。
- 前記特定道路近傍に設置され前記特定道路上の基地局と車両との通信を中継するよう要求する信号を受信して前記中継を行うマルチホップ路上機に、前記基地局の前記特定道路内での通信の収容量に基づいて前記通信を中継するよう要求する信号を送信するマルチホップ路上機制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のマルチホップサーバ。
- マルチホップ車載装置が特定道路上で通信を中継するマルチホップ通信を行うことにより前記特定道路上に沿って基地局のセルを形成し、この形成されたセルを制御するように前記マルチホップ車載装置とマルチホップサーバとが前記基地局を経由して通信する通信方法であって、
前記マルチホップサーバは、前記マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両が前記特定道路に進入したかあるいは前記特定道路から退出したかの通知を受け、それに基づいて前記特定道路にいるマルチホップ車両を記憶し、また前記基地局の前記特定道路上での前記通信の収容量に基づいて前記マルチホップ車載装置の中継先となる基地局を切り替える位置を変更し、また前記特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に前記中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知し、
前記マルチホップ車載装置は、前記中継先となる基地局を切り替える位置の情報を受信し、この情報に基づいて前記中継先となる基地局を切り替えることを特徴とするマルチホップ通信方法。 - マルチホップ車載装置がトンネル内で通信を中継するマルチホップ通信を行うことにより前記トンネル内に沿って基地局のセルを形成し、この形成されたセルを制御するように前記マルチホップ車載装置とマルチホップサーバとが前記基地局を経由して通信する通信方法であって、
前記マルチホップサーバは、前記マルチホップ車載装置を搭載したマルチホップ車両が前記トンネル内に進入したかあるいは前記トンネルから退出したかの通知を受け、それに基づいて前記トンネル内にいるマルチホップ車両を記憶し、また前記基地局の前記トンネル内での前記通信の収容量に基づいて前記マルチホップ車載装置の中継先となる基地局を切り替える位置を変更し、また前記特定道路にいることが記憶されているマルチホップ車両のマルチホップ車載装置に前記中継先となる基地局を切り替える位置の情報を通知し、また前記収容量に基づいてトンネル内に設置されたマルチホップ路上機に前記通信を中継するよう要求する信号を送信し、
前記マルチホップ路上機は、前記通信を中継するよう要求する信号を受信すると前記中継を行い、
前記マルチホップ車載装置は、前記中継先となる基地局を切り替える位置の情報を受信し、この情報に基づいて前記中継先となる基地局を切り替えることを特徴とするマルチホップ通信方法。
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