JP4128149B2

JP4128149B2 - 無線ネットワークシステム、および同システムにおける中継端末ならびにプログラム

Info

Publication number: JP4128149B2
Application number: JP2004055227A
Authority: JP
Inventors: 忠行福原; 貴之蕨野; 研次齋藤
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: US8014335B2; US20050201316A1; JP2005244873A

Description

本発明は、送信元端末装置がブロードキャストを行い、それを中継端末が多段中継して周辺の端末装置にデータの配信を行う、無線ネットワークシステム、および同システムにおける中継端末ならびにプログラムに関する。

無線ネットワークシステムでは、ブロードキャストパケットの通知にフラッディングと称される手法が用いられている。
フラッディングとは、送信元端末装置がブロードキャストパケットを同報（ブロードキャスト）し、それを受信した全ての端末装置がそのデータを転送（ブロードキャスト）することを繰り返すことで周辺の端末装置にデータを配信する手法である。つまり、フラッディングを行うと、データを全方向に位置する端末装置に転送することになる。

一方、中継する端末装置数を削減することを目的に、送信元端末装置から中継端末までの情報の進行を表す情報進行ベクトルと中継端末の移動を表す移動進行ベクトルとが同じ向きになる場合にのみ中継を行う「情報伝送方法、情報伝送システム、情報端末および情報記憶媒体」が提案されている。しかしながらこの方式によっても全方向への転送となる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３３９３９９号公報

ところで、情報によっては、ある方向や位置に対してのみ有効であり、その方向以外では必要のないケースが多々ある。このような場合にも全方向への転送が実施されれば、端末装置電力の浪費、および、無線リソースの浪費を引き起こすことになる。
例えば、車両間でマルチホップ無線ネットワークを形成し、ブロードキャストを用いて緊急車両接近情報を通知する際、情報が重要となるのは緊急車両がこれから通過する領域であるが、全方向に情報を通知する従来の手法では、緊急車車両の進行方向に対して後ろ側の無線リソースが浪費されることになる。また、事故情報を通知する際には、その情報が重要となるのは、事故現場に向かう車両となるため、例えば、一方通行道路などの場合には、無線リソースの浪費につながってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、送信元である情報発信源が指定する方向ベクトルおよび位置情報を基準に、受信したブロードキャストパケットの中継の要否を、中継端末の位置情報および進行方向から決定することにより、無線リソースを有効活用することのできる、無線ネットワークシステム、および同システムにおける中継端末ならびにプログラムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本発明は、ブロードキャスト信号を多段中継することにより周辺の端末装置にデータの配信を行う無線ネットワークシステムであって、前記ブロードキャスト信号を生成する送信元端末装置と、前記送信元端末装置が指定する方向ベクトルおよび位置情報を基準に、自端末の位置情報および進行方向から受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断する複数の前記中継端末と、を備えて成ることを特徴とする。

また、本発明は、ブロードキャスト信号を多段中継することにより周辺の端末装置にデータの配信を行う無線ネットワークシステムにおける中継端末であって、送信元端末装置からのブロードキャストパケットを受信するパケット受信部と、自身の位置情報を取得する自位置情報取得部と、前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末装置が指定する方向ベクトルおよび位置情報を基準に受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断する中継判定部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明において、前記中継判定部は、前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末が指定する有効角度を基準に前記パケット受信部で受信したパケットを中継するか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明において、前記中継判定部は、前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末が指定する中継位置範囲を基準に前記パケット受信部で受信したパケットを中継するか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明において、前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末が指定するデータ有効位置範囲を基準に前記パケット受信部で受信したパケットを取得するか否かを判定する取得判定部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、ブロードキャスト信号を多段中継することにより周辺の端末装置にデータの配信を行う無線ネットワークシステムにおいて中継端末に用いられるプログラムであって、送信元端末装置からのブロードキャストパケットを受信する処理と、自身の位置情報を取得する処理と、前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末装置が指定する方向ベクトルおよび位置情報を基準に受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、中継端末がブロードキャストパケットに含まれる方向ベクトルおよび位置情報を基準に受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断することで無駄な中継を回避し、このことにより、情報を必要とする端末装置にのみ情報を送信することができ、かつ、無線リソースの浪費を回避することができる。また、各中継端末は不要なパケットを送信する必要がなくなるため、端末電力の浪費も回避することができる。
本発明は、特に、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）における緊急車輌接近情報や事故情報通知等、アドホックネットワーク内での情報配信に効果的である。

図１は、本発明の無線ネットワークシステムの動作シーケスを示す図である。ここでは、情報発信源１としての送信元端末、ならびに中継端末２〜ｎの関係が示されている。
図１において、情報発信源１は、自身の「位置情報」、「進行方向」、「位置オフセット」、「中継端末位置範囲」、「データ有功位置範囲」、「有効角度」に関するパラメータを、ブロードキャストパケットに付加して送信する（Ｓ１）。ここで、「位置オフセット」とは、実際の情報発信源１の位置から進行方向後方に基準位置をシフトするためのオフセットであり、「中継端末位置範囲」は、中継端末２〜ｎが中継を行うか否かを判定する情報発信源１からの距離、「データ有効位置範囲」とは中継端末２〜ｎが情報をアプリケーションに通知するか否かを判定する情報発信源１からの距離を示す。

情報発信源１からのブロードキャストパケットを受信した中継端末２は、自身の位置情報から情報発信源１の位置を基準とした位置ベクトルを求める。但し、位置ベクトルは、情報発信源１の位置情報に情報発信源１の進行方向逆向きに位置オフセット分だけシフトした位置を基準として求める。
そして、上記した位置ベクトルと通知された進行方向ベクトルの内積からｃｏｓθが有効角度から得られる値、例えば、有効方向が９０°の場合、０よりも大きければ、中継およびデータ取得の候補とし、ここで、候補となった状態で位置ベクトルの大きさを調べ、「中継端末位置範囲」よりも小さければ中継を実行し、また、「データ有効位置範囲」よりも小さければデータを取得する（Ｓ２）。
図５に、緊急車輌接近時の自車両との関係において上記した「データ有効位置範囲」または「中継端末位置範囲」がハッチングされ示されている。

図２は、本発明実施形態における中継端末の内部構成を機能展開して示したブロック図である。
中継端末２は、情報発信源１である送信元端末装置が指定する方向ベクトルおよび位置情報を基準に、自端末の位置情報および進行方向から受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断するもので、ここでは、パケット受信部２１と、自位置情報取得部２２と、ベクトル算出部２３と、中継判定部２４と、取得判定部２５と、データ送信部２６と、アプリケーション実行部２７で構成される。

パケット受信部２１は、情報発信源１の送信元端末装置からのブロードキャストパケットを受信してそのパケットをベクトル算出部２３、中継判定部２４および取得判定部２５へ供給する。自位置情報取得部２２は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）レシーバ等により自身の位置情報を取得してベクトル算出部２３へ供給する。
ベクトル算出部２３は、情報発信源１である送信元端末装置が指定する方向ベクトルおよび位置情報と、自端末２の位置情報および進行方向とのベクトル演算を行い、その結果を中継判定部２４ならびに取得判定部２５へ供給する。中継判定部２４は、ベクトル算出部２３から出力されるベクトル値と中継端末位置範囲に基づき受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断し、取得判定部２５は、ベクトル算出部２３から出力されるベクトル値とデータ有効位置範囲に基づき受信したブロードキャストパケットに含まれるデータ有効距離範囲を基準にパケット受信部で受信したパケットを取得するか否かを判定する。ここでの判断結果は、それぞれデータ送信部２６、アブリケーション実行部２７に転送され、データ送信、もしくはアプリケーションの実行が行われる。

図６は、本発明の一実施形態を説明するために引用した図であり、ここでは、緊急車両が接近した場合のイメージ図を示す。以下、本実施形態の動作について緊急車両接近通知といった具体的例を用いて説明する。図３にその動作の流れがフローチャートで示されている。
図３のフローチャートにおいて、情報発信源１である緊急車両からのブロードキャストパケットをパケット受信部２１で受信した中継端末２は（Ｓ２１）、ベクトル算出部２３で自身の位置情報から情報発信源１の位置を基準とした位置ベクトルを求める（Ｓ２２）。但し、位置ベクトルは、情報発信源１の位置情報に情報発信源１の進行方向逆向きに位置オフセット分だけシフトした位置を基準として求める。

ベクトル算出部２３は、更に、上記した位置ベクトルと通知された進行方向ベクトルとの内積からｃｏｓθを求め（Ｓ２３）、ｃｏｓθが有効角度から得られる値、例えば、有効方向が９０°の場合、０よりも大きければ（Ｓ２４“ｃｏｓθ＞α”）、中継およびデータ取得の候補として中継判定部２４、および取得判定部２５へ供給する。中継判定部２４は、候補となった状態で位置ベクトル大きさを調べ（Ｓ２５）、「中継端末位置範囲」よりも小さければ、データ送信部２６を介して中継を実行し、大きければデータを破棄する（Ｓ２９）。
また、取得判定部２５は、「データ有効位置範囲」と比較し（Ｓ２７）、データ有効一範囲よりも小さければデータを取得し（Ｓ２８）、アプリケーション実行部２７にてそのアプリケーションを実行する。

以下に詳細を説明する。まず、情報発信源１となる緊急車両が、自身の「位置情報」、「進行方向」、「位置オフセット」、「中継端末位置範囲」、「データ有効位置範囲」、「有効角度（９０度）」を付加したプロードキャストパケット（ここでは、以降、緊急車両接近通知パケットという）を送信する。緊急車両接近通知パケットを受信した車両（中継端末２）は、自身の位置情報から情報発信源１の位置を基準とした位置ベクトルを算出する。
続いて、中継端末２は、上記した位置ベクトルと通知された進行方向ベクトルの内積からｃｏｓθを算出し、ｃｏｓθと、緊急車両接近通知パケットとの比較を行う。すなわち、緊急車両との距離が「中継ノード位置範囲」以内にあり、かつ、［緊急車両位置→自車両位置］の位置ベクトルと通知された進行方向ベクトルとが±９０°の範囲で同じ方向（内積が正）であった場合にはパケットを中継する。
なお、緊急車両→自車両へのベクトルを求める際には、緊急車両の本来の位置ではなく、位置オフセット（例えば、緊急車両の後方２０ｍくらい）を基準とすることは上記したとおりである。すなわち、少し追い越されたくらいの位置で中継をやめるようにする。

同様に、緊急車両との距離が「データの有効位置範囲」以内にあり、かつ、緊急車両位置→自車両位置のベクトルと通知された進行方向ベクトルとが±９０°の範囲で同じ方向（内積が正）であった場合には、パケットを受信し、アプリケーションに送る。
なお、本実施形態では、１パケットで十分な緊急情報を送ることができるものとし、位置情報等はパケット毎に付随させて、常に最新の情報を通知することを想定している。また、緊急車両→自車両へのベクトルを求める際には、緊急車両の本来の位置ではなく、位置オフセット（例えば、緊急車両の後方２０ｍくらい）を基準とする。

一方、ｃｏｓθ＞αとして判定した場合には、緊急車両の進行方向に対してａ・ｃｏｓαの角度範囲にいる場合のみ中継を行うように制御することができる。例えば、α＝１／√２とすると緊急車両の進行方向に対して±４５度の範囲に通知することになる。
また、通知する方向を進行方向ではなく、緊急車両から見た目的地への方向を通知することも可能であり、これにより、瞬時瞬時の進行方向の変化に依存することなく、ブロードキャストの範囲を指定することができる。

ここで、自車両の位置ベクトルは以下の演算式（１）、自車両の速度ベクトルは演算式（２）、通知された位置ベクトルは演算式（３）、通知された速度ベクトルは、演算式（４）で示される。

但し、ν_１は移動速度、θ_１は移動方向、ν_２は移動速度、θ_２は移動方向とし、また、位置オフセット係数をγ［ｍ］とする。
また、判定式は以下の演算式（５）で示される。

但し、・は内積を表し、（χ_１，у_１）・（χ_２，у_２）＝χ_１χ_２＋у_１у_２である。

図７は、本発明の他の実施形態を説明するために引用した図であり、ここでは事故情報通知の場合のイメージ図を示す。以下、本実施形態の動作について事故情報通知といった具体的例を用いて説明する。図４にその動作の流れがフローチャートで示されている。
図４において、情報発信源１である事故車両は、自身の「位置情報」、「進行方向」、「位置オフセット」、「中継端末位置範囲」、「データ有効位置範囲」、「有効方向」をブロードキャストパケットに付加し、送信する。
情報発信源１からのブロードキャストパケットをパケット受信部２１で受信した（Ｓ２１）中継端末２は、ベクトル算出部２３で自身の位置情報から情報発信源の位置を基準とした位置ベクトルを求める（Ｓ２２）。但し、上記した位置ベクトルは、情報発信源１の位置情報に自身の進行方向に位置オフセット分だけずれた位置を基準として求める。そして、上記した位置ベクトルと自身の進行方向ベクトルとの内積からｃｏｓθを求め、中継判定部２４および取得判定部２５へ供給する（Ｓ２３）。

ここで、中継判定部２４は、ｃｏｓθをチェックし（Ｓ２４）、一定の値β、例えば、０よりも小さければ、中継、および、データ取得の候補とする。そして、候補となった状態で、位置ベクトルの大きさを調べ（Ｓ２５）、中継端末位置範囲よりも小さければ、中継を実行し（Ｓ２６）、大きければ破棄する（Ｓ２９）。
また、データ取得部２５は、位置ベクトルの大きさを調べ、「データ有効位置範囲」よりも小さければデータを取得する（Ｓ２８）。そして、取得したデータに基づきアプリケーション実行部２７でそのアプリケーションを実行する。

上記した実施形態を事故情報の通知という具体的な例を用いて以下に詳述する。まず、事故車両は、自身の「位置情報」、「位置オフセット」、「中継端末位置範囲」、「データ有効位置範囲」、「有効角度（９０度）」を付加したブロードキャストパケット（以降、事故情報通知パケットという）を送信する。
事故情報通知パケットを受信した車両は、事故車両との距離が「中継ノード位置範囲」以内にあり、かつ、［事故車両位置→自車両位置］の位置ベクトルと自身の進行方向ベクトルとが±９０°の範囲で反対方向（内積が負）であった場合には、パケットを中継する。
なお、事故車両→自車両へのベクトルを求める際には、事故車両の本来の位置ではなく、位置オフセット（例えば、事故車両の後方２０ｍくらい）を基準とする（少し通り越したくらいの位置で中継をやめるようにする）。

同様に、事故車両との距離が「データの有効位置範囲」以内にあり、かつ、事故車両位置→自車両位置ベクトルと自身の進行方向ベクトルとが±９０°の範囲で反対方向（内積が負）であった場合には、パケットを受信し、アプリケーションに送る。また、事故車両→自車両へのベクトルを求める際には、事故車両の本来の位置ではなく、位置オフセット（例えば、事故車両の後方２０ｍくらい）を基準とする。
なお、ｃｏｓθ＜βとして判定した場合には、自車両の進行方向に対してａ・ｃｏｓβの角度範囲に事故車両がいる場合のみ中継を行うように制御することができる。例えば、β＝１/√２とすると自車両の進行方向に対して±４５度の範囲に事故車両がいる場合のみ通知することになる。
判定式は以下の演算式（６）に従い、そのときの車両の位置関係は図８に示すようになる。

次に、お互いに向かいあっている場合にのみ中継、もしくは、データ取得を行う本発明の更に他の実施形態の場合、両者の関係は図９に示とおりであり、この場合の判定式は、以下の演算式（７）、かつ（８）に従う。

次に、お互いに離れあう場合にのみ中継、もしくはデータの取得を行う本発明の更に他の実施形態の場合、判定式は以下の演算式（９）（１０）に従う。

また、横方向に相手がいる場合（ｃｏｓに範囲を設ける）にのみ中継、もしくは、データ取得を行う本発明の更に他の実施形態の場合、判定式は、以下の演算式（１１）に従う。

以上説明のように本発明は、中継端末がブロードキャストパケットに含まれる方向ベクトルおよび位置情報を基準に受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断することで無駄な中継を回避し、情報を必要とする端末装置にのみ情報を送信するものである。このことにより、無線リソースの浪費を回避し、また、各中継端末は不要なパケットを送信する必要がなくなるため、端末電力の浪費も回避するものである。
本発明は、特に、ＩＴＳにおける緊急車輌接近情報や事故情報通知等、アドホックネットワーク内での情報配信に効果的である。

なお、図２に示すパケット受信部２１、自位置情報取得部２２、ベクトル算出部２３、中継判定部２４、取得判定部２５、データ送信部２６、アプリケーション実行部２７のそれぞれで実行される手順をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって本発明の無線ネットワークシステムおよび中継端末を実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含む。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の無線ネットワークシステムの動作シーケスを示す図である。本発明の中継端末の内部構成を機能展開して示したブロック図である。本発明の一実施形態の動作をフローチャートで示した図である。本発明における他の実施形態の動作をフローチャートで示した図である。本発明実施形態における自車両と緊急車両の位置関係を説明するために引用した図である。本発明実施形態における自車両と緊急車両のイメージ図である。本発明の他の実施形態における事故車両と緊急車両のイメージ図である。本発明の更に他の実施形態における事故車両と自車両の位置関係を説明するために引用した図である。本発明の更に他の実施形態における自車両と緊急車両の位置関係を説明するために引用した図である。

符号の説明

１…情報発信源、２…中継端末、２１…パケット受信部、２２…自位置情報取得部、２３…ベクトル算出部、２４…中継判定部、２５…取得判定部、２６…データ送信部、２７…アプリケーション実行部

Claims

ブロードキャスト信号を多段中継することにより周辺の端末装置にデータの配信を行う無線ネットワークシステムであって、
前記ブロードキャスト信号を生成する送信元端末装置と、
前記送信元端末装置が指定する進行方向、位置情報、および有効角度を基準に、自端末の位置情報および進行方向から受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断する複数の前記中継端末と、
を備えて成ることを特徴とする無線ネットワークシステム。
ブロードキャスト信号を多段中継することにより周辺の端末装置にデータの配信を行う無線ネットワークシステムにおける中継端末であって、
送信元端末装置からのブロードキャストパケットを受信するパケット受信部と、
自身の位置情報を取得する自位置情報取得部と、
前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末装置が指定する進行方向、位置情報、および有効角度を基準に受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断する中継判定部と、
を備えたことを特徴とする中継端末。
前記中継判定部は、
前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末が指定する中継位置範囲を基準に前記パケット受信部で受信したパケットを中継するか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の中継端末。
前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末が指定するデータ有効位置範囲を基準に前記パケット受信部で受信したパケットを取得するか否かを判定する取得判定部と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の中継端末。
ブロードキャスト信号を多段中継することにより周辺の端末装置にデータの配信を行う無線ネットワークシステムにおいて中継端末に用いられるプログラムであって、
送信元端末装置からのブロードキャストパケットを受信する処理と、
自身の位置情報を取得する処理と、
前記ブロードキャストパケットに含まれる前記送信元端末装置が指定する進行方向、位置情報、および有効角度を基準に受信したブロードキャストパケットの中継の要否を判断する処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。