JP4396976B2 - 車車間通信装置 - Google Patents
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Description
このシステムでは、特別な通信インフラを必要とせず、各車両が自立的にルーチング処理を行うことにより電波有効範囲外を走行する車両とも通信可能となるため、車車間での通話や画像伝送といったアプリケーションも低コストで利用可能となる。しかし、高速に走行する車両同士を接続したアドホックネットワークでは、トポロジーの動的変化が大きく、ルート維持変更に伴って発生する制御パケットが無線通信帯域を圧迫する懸念がある。そのため、アドホックネットワークを用いた車車間通信システムでは、ルーチング方式に対する十分な検討が必要である。
ルートが存在しない場合には、宛先局に対して経路探索パケット(以下、RREQ:Route Request Packet)をフラッディングする。
経路応答では、宛先局は、複数のルートからRREQを受信する。それらの中から最初に受信したルートを利用して送主局に経路応答パケット(以下、RREP:Route Reply Packet)をユニキャストする。ルーチングテーブルにはRREQが最も早くたどり着いた経路情報が登録される。RREPを受信した送主局は宛先局へのルートをルーチングテーブルに登録し、通信可能状態となる。
第1の方法は、各局が定期的にビーコンを送信する。フラッディングパケット受信時、当該パケットを送った局からのビーコン連続受信回数が閾値以上である場合、パケットを中継することにより、安定ルートを構築する方法である。
Ari Widodo,長谷川孝明:"車々間通信ネットワークの交通流に与える効果について",信学論B,Vol.J82-B,No.11,pp2010-2017,Nov 1999 屋代智之、松下温:"車車間通信を用いた車両ネットワークの構築に関する提案",信学論B,Vol.J82-B,No.1,pp9-18,Jan 1999 Mobile Ad-hoc Networks (manet) Chartr,http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html C.E.Perkins and P.Bhagwat,"Highly dynamic destination-sequenced destance-vector routing(DSDV) for mobile computers,"ACM SIGCOMM'94 Conerence on Communications Architectures, Protocols and Applications,pp.234-244,1994 RFC 3626"Optimized Link State Routing Protocol(OLSR) " The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks(DSR) http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-manet-dsr-09.txt RFC 3561"Ad hoc On-Demand Distance Vector(AODV)Routing" Josh Broch,David A.Maltz,David B.Johnson,Yih-Chun Hu,Jorjeta Jetcheva,"A Performance Comparison of Multi-Hop Wireless Ad Hoc Network Routing Protocols"Proceedings of the Fourth Annual International Conference on Mobile Computing and Networking(MobiCom'98),ACM,Dallas,TX,October 1998
しかし、ビーコンの送信間隔を短くすると、局密度が高い場合にはビーコンによる無線帯域消費が大きくなるという問題が出て来る。
また、CPUのビーコン受信処理コストの発生や、ビーコンとデータパケットとの衝突発生の問題を生じてくる。
本発明の第1の構成は、下記の各手段を具備することにより車車間通信経路を構築することを特徴とする車車間通信装置である。
(イ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線送信する送信手段
(ロ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線受信する受信手段
(ハ) パケット中継車アドレス欄、東西方向速度欄、南北方向速度欄および相対速度累計値を示す評価値欄を有する経路探索パケットを生成する経路探索パケット生成手段
(ニ) 自車が特定の宛先局までの経路探索を開始するときには、経路探索パケットのパケット中継車アドレス欄に自車アドレスを、東西方向速度欄および南北方向速度欄にはそれぞれ自車東西方向速度および自車南北方向速度を、評価値欄にはゼロをセットし、
他車の発した経路探索パケットを受信したときには、評価値欄の値に対して、受信した経路探索パケットに示されていた東西方向速度および南北方向速度と自車速度とから算出された相対速度値を加算更新するセット手段
(ホ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときに、この受信を登録しておく経路探索パケット情報テーブル
(ヘ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときから一定の待ち時間をセットする経路探索パケット待ちタイマ
(ト) 前記経路探索パケット情報テーブルに登録された経路探索パケットで、前記待ちタイマの待ち時間中に受信され評価値欄が加算更新された経路探索パケットを格納しておくキュー
(チ) 前記キューに格納された経路探索パケットの宛先局アドレスが自車アドレスでない場合には、格納されている経路探索パケット中から評価値欄の値が最も小さい経路探索パケットを選択し、その中継車アドレス欄を自車アドレスに、東西方向速度欄および南北方向速度欄をそれぞれ自車東西方向速度および自車南北方向速度に更新して中継ブロードキャストするため送信手段へ送出する中継手段
(リ) 前記キューに格納された経路探索パケットの宛先局アドレスが自車アドレスである場合には、格納されている経路探索パケットのうち評価値欄の値が最も小さいパケットの経路を選択して経路応答パケットを経路探索パケット発信局へ送るべく送信手段へ送出する経路応答パケット送出手段
(イ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線送信する送信手段
(ロ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線受信する受信手段
(ハ) パケット中継車アドレス欄、東西方向速度欄、南北方向速度欄、経度欄、緯度欄、および2車間の相対速度値と単位時間当りの相対位置変動量との和の累計値を示す評価値欄を有する経路探索パケットを生成する経路探索パケット生成手段
(ニ) 自車が特定の宛先局までの経路探索を開始するときには、経路探索パケットのパケット中継車アドレス欄に自車アドレスを、東西方向速度欄および南北方向速度欄にはそれぞれ自車東西方向速度および自車南北方向速度を、経度欄および緯度欄にはそれぞれ自車の経度および緯度を、評価値欄にはゼロをセットし、
他車の発した経路探索パケットを受信したときには、評価値欄の値に対して、受信した経路探索パケットに示されていた東西方向速度および南北方向速度と自車速度とから算出される相対速度値と、同じくパケットに示されていた経度および緯度と自車の経度および緯度とから算出される単位時間当りの相対位置変動量との和を加算更新するセット手段
(ホ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときに、この受信を登録しておく経路探索パケット情報テーブル
(ヘ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときから一定の待ち時間をセットする経路探索パケット待ちタイマ
(ト) 前記経路探索パケット情報テーブルに登録された経路探索パケットで、前記待ちタイマの待ち時間中に受信され評価値欄が加算更新された経路探索パケットを格納しておくキュー
(チ) 前記キューに格納された経路探索パケットの宛先局アドレスが自車アドレスでない場合には、格納されている経路探索パケット中から評価値欄の値が最も小さい経路探索パケットを選択し、その中継車アドレス欄を自車アドレスに、東西方向速度欄および南北方向速度欄を自車東西方向速度および自車南北方向速度に、経度欄および緯度欄をそれぞれ自車の経度および緯度に更新して中継ブロードキャストするため送信手段へ送出する中継手段
(リ) 前記キューに格納された経路探索パケットの宛先局アドレスが自車アドレスである場合には、格納されている経路探索パケットのうち評価値欄の値が最も小さいパケットの経路を選択して経路応答パケットを経路探索パケット発信局へ送るべく送信手段へ送出する経路応答パケット送出手段
本発明は、このように経路探索パケットに評価値を採り入れることにより、経路変更の少ない安定した通信経路を構築できるという効果がある。
相対位置関係に変動があることは、経路変更をしなければならない事態に到る可能性を示唆するものであり、単位時間当りの変動量が大きければ大きい程、経路変更を余儀なくされる可能性は大となる。
例えば、直線上の或る固定位置Pに対して、直線上を位置Pに近づくように或る一定速度Vで移動する場合と、同じ速度Vで遠ざかるように移動する場合とでは、位置Pと移動体との相対位置変動は、前者では両者間の距離が短くなり、後者では長くなるから異なるが、相対速度値はVで同じである。
そこで、相対速度値と相対位置変動量の和の累計値を評価値としたのが第2の構成である。
従って、第2の構成は第1の構成よりも更に確度高く、経路変更の可能性の少ない通信経路を選ぶことができるという効果がある。
リアクティブルーチングでは、各局は図示されていないルーチングテーブルを保持しており、そこに示されているルート(経路)を使って通信するが、データ送信時に宛先局へのルートがない場合、もしくはルートは存在するが期限切れ等の理由により無効となっている場合、経路探索を開始即ち経路探索パケットをブロードキャストする。
パケット中継アドレスは直前に当該パケットを中継した車両のアドレスで、IPアドレス、MACアドレス等が利用される。東西方向速度は、パケット中継車アドレスで示される車両の東西方向走行速度であり、東向きをプラス、西向きをマイナスとしている。南北方向速度は同じくパケット中継車アドレスで示される車両の南北方向走行速度であり、北向きをプラス、南向きをマイナスとしている。
評価値をMとし、自車東西方向速度をVsx、自車南北方向速度をVsy、直前車の東西方向速度をVpx、直前車の南北方向速度をVpyとしたとき、Mは数式1で表される。
セットされた経路探索パケットは送信手段9、アンテナ10を経てブロードキャストされる。
送主局がこの経路応答パケットを受信することにより通信経路が確立し通信が可能となる。
図3は、実施例2における経路探索パケットの情報要素を示す図である。1番目から8番目までは一般的なリアクティブルーチングに使用されている情報要素であること実施例1の場合と同様である。追加されたのは12番目の経度欄と13番目の緯度欄であり、これは、経路探索パケットを受信した際の直前中継車即ち、パケット中継車アドレス欄のアドレスを有する車両のパケット送信時の位置を経度と緯度で示すものである。
実施例1の構成では、直線道路上を走行する車両が同一道路上を走行する車両への経路を探索する時、反対車線を走行する車両を中継車両に選択する確率は大幅に低減し、経路の安定度は上がると予想される。しかし、相対速度のみを評価値に用いた場合、安定した経路を構築できるか不明な場合がある。
基本的には図1の機能ブロック構成と同じであるが、経路探索パケットに経度欄、緯度欄を設けたことにより、セット手段6および中継手段5には自車の位置を示す経度情報および緯度情報が入力されており、経路探索パケット生成手段7では、実施例1の場合の経路探索パケット(図2)に経度欄、緯度欄を追加した図3の経路探索パケットを生成する。
但し、Wx…交点Wの東西方向位置
Wy…交点Wの南北方向位置
Ax…車両Aの東西方向位置
A′x…車両Aの単位時間後の東西方向位置
By…車両Bの南北方向位置
B′y…車両Bの単位時間後の南北方向位置
である。単位時間後の位置は、最初の位置とその方向の速度から得られる。
また、中継手段5は、キュー3に格納された経路探索パケットのうち評価値Mの最も小さい経路探索パケットを選択して、当該パケットのパケット中継車アドレス欄を自車アドレスに、東西方向速度欄および南北方向速度欄をそれぞれ自車東西方向速度および自車南北方向速度に更新するとともに、経度欄および緯度欄を自車経度および自車緯度に更新して送信手段9へ送出しアンテナ10からブロードキャストする。
その他の動作については図1の場合と同じである。
まず、直進モデルの場合について述べる。同一道路上を直進走行する車両間で通信する場合について、本発明の有効性をシミュレーションにより評価する。シミュレーションで用いられる直進走行モデルを図6に記す。半径600mの円周上に2車線道路を配置し、円周上を走行させることで直線道路を模擬している。道路幅は1車線あたり5mとし、1車線に60台ずつ計120台の車両を一様に配置する。無線通信方式はIEEE802.11b準拠で電波有効範囲を80m、無線帯域幅を11Mbps とする。
図7より、実施例1の場合および実施例2の場合とも目的局までのHop数に関わらずルート(経路)変更回数が低く抑えられており安定したルート(経路)を構築できているのに対し、AODVでは目的局までのHop数が増えるに連れてルート変更頻度が増加している。また図8より、実施例1の場合および実施例2の場合とも車両走行速度に関わらず安定したルートが構築できているのに対して、AODVは車両走行速度が速くなるとルート変更頻度が増加している。
車両速度が一様である場合、自車両の進行方向に対して直交して進行する車両は、同一車線上の車両、反対車線上の車両に関わらず相対速度の絶対値は等しくなる。このため、相対速度を評価値として用いるルーチング方式では、反対車線を走行する車両を中継車両として選択し、経路の安定度を下げる可能性がある。そこで、蛇行する道路上を走行する車両間で通信する場合について、本発明の有効性をシミュレーションにより評価する。シミュレーションで用いられた蛇行走行モデルを図11に示す。シミュレーションで使用したパラメータは図9、図10の直進モデルと同じである。
同図より、ルート再構築した場合にパケットの再送を行っているにも関わらず、AODVではH0P数が増えるにつれてパケット到達率が落ちていることが分かる。パケットの再送制御を入れても追いつかないほど頻繁にルートの変更が生じているためであり、コネクション数と車両密度を増加させるとこの傾向はより顕著となると予想できる。
2 経路探索パケット情報テーブル
3 キュー
4 経路応答パケット送出手段
5 中継手段
6 セット手段
7 経路探索パケット生成手段
8 受信手段
9 送信手段
10 アンテナ
Claims (2)
- 下記の各手段を具備することにより車車間通信経路を構築することを特徴とする車車間通信装置。
(イ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線送信する送信手段
(ロ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線受信する受信手段
(ハ) パケット中継車アドレス欄、東西方向速度欄、南北方向速度欄および相対速度累計値を示す評価値欄を有する経路探索パケットを生成する経路探索パケット生成手段
(ニ) 自車が特定の宛先局までの経路探索を開始するときには、経路探索パケットのパケット中継車アドレス欄に自車アドレスを、東西方向速度欄および南北方向速度欄にはそれぞれ自車東西方向速度および自車南北方向速度を、評価値欄にはゼロをセットし、
他車の発した経路探索パケットを受信したときには、評価値欄の値に対して、受信した経路探索パケットに示されていた東西方向速度および南北方向速度と自車速度とから算出された相対速度値を加算更新するセット手段
(ホ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときに、この受信を登録しておく経路探索パケット情報テーブル
(ヘ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときから一定の待ち時間をセットする経路探索パケット待ちタイマ
(ト) 前記経路探索パケット情報テーブルに登録された経路探索パケットで、前記待ちタイマの待ち時間中に受信され評価値欄が加算更新された経路探索パケットを格納しておくキュー
(チ) 前記キューに格納された経路探索パケットの宛先局アドレスが自車アドレスでない場合には、格納されている経路探索パケット中から評価値欄の値が最も小さい経路探索パケットを選択し、その中継車アドレス欄を自車アドレスに、東西方向速度欄および南北方向速度欄をそれぞれ自車東西方向速度および自車南北方向速度に更新して中継ブロードキャストするため送信手段へ送出する中継手段
(リ) 前記キューに格納された経路探索パケットの宛先局アドレスが自車アドレスである場合には、格納されている経路探索パケットのうち評価値欄の値が最も小さいパケットの経路を選択して経路応答パケットを経路探索パケット発信局へ送るべく送信手段へ送出する経路応答パケット送出手段 - 下記の各手段を具備することにより車車間通信経路を構築することを特徴とする車車間通信装置。
(イ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線送信する送信手段
(ロ) 経路探索パケット、経路応答パケット、データパケットおよび制御パケットを無線受信する受信手段
(ハ) パケット中継車アドレス欄、東西方向速度欄、南北方向速度欄、経度欄、緯度欄、および2車間の相対速度値と単位時間当りの相対位置変動量との和の累計値を示す評価値欄を有する経路探索パケットを生成する経路探索パケット生成手段
(ニ) 自車が特定の宛先局までの経路探索を開始するときには、経路探索パケットのパケット中継車アドレス欄に自車アドレスを、東西方向速度欄および南北方向速度欄にはそれぞれ自車東西方向速度および自車南北方向速度を、経度欄および緯度欄にはそれぞれ自車の経度および緯度を、評価値欄にはゼロをセットし、
他車の発した経路探索パケットを受信したときには、評価値欄の値に対して、受信した経路探索パケットに示されていた東西方向速度および南北方向速度と自車速度とから算出される相対速度値と、同じくパケットに示されていた経度および緯度と自車の経度および緯度とから算出される単位時間当りの相対位置変動量との和を加算更新するセット手段
(ホ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときに、この受信を登録しておく経路探索パケット情報テーブル
(ヘ) 特定の経路探索パケット発信局から特定の宛先局への経路探索パケットを初めて受信したときから一定の待ち時間をセットする経路探索パケット待ちタイマ
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