JP4707212B2 - 無線通信ネットワークシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のルートに沿って移動する移動局と上記ルートに沿って複数個設置された伝播型の固定局とこれらの通信の制御・管理を行う制御局とを備え、時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムに関し、特に、伝播型の複数個の固定局間における情報の伝播時間が無線機の数に殆ど影響されない無線通信ネットワークシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の無線通信ネットワークシステム、例えば鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムは、図７に示すように、鉄道線路上を移動する列車１に設けられ移動しながら無線通信する列車無線機VRS1，VRS2と、上記鉄道線路に沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と、上記複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と列車無線機VRS1，VRS2との通信の制御・管理を行う１個の制御局ＳＣとを備え、上記列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行うようになっている。
【０００３】
ここで、上記タイムスロットについて、図８を参照して説明する。上記のように構築された無線通信ネットワークシステムは、１周期Ｔ（ms）をＮ個に分割したＴ／Ｎ（ms）で１回の送信を終わるように制御されている。それぞれＮ個の単位時間には、例えばｔ0，ｔ1，ｔ2，…，ｔnのように連番が付けられている。最後のｔnまで来るとまたｔ0に戻り、それらを繰り返す。このｔ0，ｔ1，ｔ2，…，ｔnを一般形としてｔi（０≦ｉ≦Ｎ-1）で表し、このｔiをタイムスロットと呼び、ｉをタイムスロット番号と呼ぶ。なお、Ｎはタイムスロット数である。
【０００４】
図７において、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と列車無線機VRS1，VRS2とに、それぞれタイムスロットｔ0〜ｔ7及びｔ8，ｔ9を与え、各無線機は与えられたタイムスロットにのみ送信を許可され、それ以外のタイムスロットでは送信している無線機を受信するように制御されている。このとき、総ての無線機の時計は同期が取られているので、このようなことが可能となる。
【０００５】
図７に示すような無線機配置の時分割多重アクセス方式の無線通信ネットワークシステムにおいては、沿線無線機Ｒ０の発信する情報を受信できる距離に隣の沿線無線機Ｒ１を配置し、さらにその次の沿線無線機Ｒ２は上記沿線無線機Ｒ０の発信する情報が受信できない距離に配置されているものとする。以下、同様に沿線無線機Ｒ７まで配置されている。なお、ここでは、上記の無線通信ネットワークシステムを簡単に説明するために、第三の沿線無線機Ｒ２は第一の沿線無線機Ｒ０の発信する情報が受信できない距離に配置されているとしたが、該無線通信ネットワークシステムのロバスト性（強健性）を高めるために、第一の沿線無線機Ｒ０の発信する情報を複数個の沿線無線機Ｒ１，Ｒ２に受信させるものとしてもよい。
【０００６】
前記制御局ＳＣで作成された列車１に対する制御指令（例えば速度指令）は、まず有線ケーブルを使用して第一の沿線無線機Ｒ０に送られる。すると、この沿線無線機Ｒ０は、自分が送信できるタイムスロット（この場合はｔ0）の時間になったときに、上記の制御指令を隣の第二の沿線無線機Ｒ１に無線で送信する。このとき、上記沿線無線機Ｒ１は、上記の制御指令を同じタイムスロットｔ0で受信することができるので、そのまま受信する。その後、沿線無線機Ｒ１は、自分が送信できるタイムスロット（この場合はｔ1）の時間になったときに、上記受信した制御指令をその隣の第三の沿線無線機Ｒ２に無線で送信する。以下、同様に送受信が進んで行く。このように、互いに隣り合う無線機同士で順次無線通信しながら情報を伝えて行くネットワーク方式を、伝播型ネットワークという。
【０００７】
図９に、上記伝播型ネットワークにおける情報の伝播の概念を示す。図９内における矢印は、伝播される情報の届く範囲を示しており、ここでは隣の無線機１個まで届くものとする。前述したように、第一の沿線無線機Ｒ０から順番に他の沿線無線機Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒ７まで制御指令は各無線機間を伝播する。
【０００８】
図９において、例えばタイムスロットｔ2で沿線無線機Ｒ２から発信された情報は、同じタイムスロットｔ2時に沿線無線機Ｒ３と列車無線機VRS1（＊１）の両方に受信される。この場合、列車１は、上記沿線無線機Ｒ２の近くでそれからの電波が届く場所に居たことを意味する。次に、タイムスロットｔ3において沿線無線機Ｒ３から発信された情報は、同じタイムスロットｔ3時に沿線無線機Ｒ４と列車無線機VRS2（＊２）の両方に受信される。この場合も、列車１は、上記沿線無線機Ｒ３の近くでそれからの電波が届く場所に居たことを意味する。
【０００９】
次に、タイムスロットｔ8においては、列車無線機VRS1の送信できるタイミングであり、前記制御局ＳＣで作成された制御指令ではなく、列車１からの情報が発信される。この情報は、同じタイムスロットｔ8時に列車１に一番近い所に位置する例えば沿線無線機Ｒ２（＊３）によって受信される。次に、タイムスロットｔ9においては、列車無線機VRS2の送信できるタイミングであり、上記と同様に列車１からの情報が発信される。この情報は、同じタイムスロットｔ9時に列車１に一番近い所に位置する例えば沿線無線機Ｒ３（＊４）によって受信される。
【００１０】
次に、上記受信された列車１からの情報は、上記沿線無線機Ｒ２及び沿線無線機Ｒ３に割り当てられたタイムスロット時に、それぞれ沿線無線機Ｒ２，Ｒ３から送信され、前記のように順次伝播されて制御局ＳＣまで送られる。このように逆向きの情報の伝播も必要となるので、上記沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７には、逆向き伝播用に新たなタイムスロットが必要となる。すなわち、上記沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７には、往復で二つのタイムスロットが割り当てられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の無線通信ネットワークシステムにおいては、図７に示す沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が伝播型ネットワークを構成していたので、列車１が例えば沿線無線機Ｒ７付近に居た場合は、制御局ＳＣにより作成され送られた制御指令が上記列車１まで届く時間は、（ｔ0＋ｔ1，…，＋ｔ6）となるものであった。すなわち、この場合は、制御指令が届く時間は、タイムスロットの単位時間×７（Ｔ／Ｎ×７）で表される。そして、総てのタイムスロットの単位時間は同じなので、伝播型ネットワークにおいて、一方の端から他方の端まで制御指令が届く時間は、それを構成する沿線無線機の数に比例して長くなることがわかる。
【００１２】
一方、列車制御を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、制御指令の到達時間は重要な項目であり、この時間は短いほど良い。電波の周波数や無線機の出力等の制限により、個々の無線機の電波到達距離が長くできない状況下では、各無線機の設置間隔を短くしなければならず、むしろ沿線無線機の数は多くなる。そこで、制御指令の到達時間を適当な範囲に抑えるために、沿線無線機の数に限界が設定される。
【００１３】
上記沿線無線機の数に限界があるということは、図７に示すように、１ネットワークゾーンに１個の制御局ＳＣを持つようなネットワークシステムのネットワークゾーンが小さくなることである。そして、大規模な列車制御の無線通信ネットワークシステムにおいては、長い鉄道線路に沿って複数のネットワークゾーンを切れ目なく繋げることとなるが、一つ一つのネットワークゾーンがあまり大きくないことから、ネットワークシステムの全体では上記ネットワークゾーンの数だけの複数個の制御局ＳＣを配置しなければならなかった。
これらのことから、従来においては、情報の伝播時間が無線機の数に影響されて長くなっていたことと、ネットワークシステム全体として制御局ＳＣの数が増えてコスト高となっていたという問題点があった。
【００１４】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、伝播型の複数個の固定局間における情報の伝播時間が無線機の数に殆ど影響されず、また一つのネットワークゾーンを大きくできる無線通信ネットワークシステムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による無線通信ネットワークシステムは、所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、上記伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続し、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、上記有線ネットワークにおける時分割多重アクセス方式の周期は、上記複数個の固定局と移動局との間のネットワークにおける時分割多重アクセス方式の１タイムスロット以下に設定するものである。
【００１６】
このような構成により、伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続したことで、上記制御局で作成された制御指令等の情報を、該制御局から有線ネットワークを使用して各固定局に対して同時に送ることが可能となる。これにより、情報の伝播時間が固定局の数に影響されないことから、一つのネットワークゾーンが大きくなる。また、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用いることが可能となると共に、上記有線ネットワークにおける時分割多重アクセス方式の周期は、上記複数個の固定局と移動局との間のネットワークにおける時分割多重アクセス方式の１タイムスロット以下に設定することが可能となる。これにより、上記移動局及び固定局に割り当てられた１タイムスロット時間内に、有線ネットワークで接続されている固定局からの情報が集められる。
【００１７】
また、上記移動局は鉄道線路上を移動する列車に設けられた列車無線機であり、上記固定局は鉄道線路に沿って設置された沿線無線機であり、上記制御局は列車の追跡、運行制御を行うものとしてもよい。これにより、鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムが構成される。
【００１８】
さらに、上記制御局は、鉄道線路上の列車の存在位置を把握し、列車が存在する位置付近の沿線無線機のみに当該列車への指令を送信させるものとしてもよい。これにより、列車からの距離が遠く、たとえ当該列車向けの情報を送っても届かない位置にある沿線無線機からの無駄なメッセージの送信を避けることができる。
【００１９】
さらにまた、上記制御局は、鉄道線路上の離れた距離の複数の列車の存在位置を把握した状態で、上記各々の列車が存在する位置付近に対応する沿線無線機群に対してタイムスロットを共有化してもよい。これにより、互いに無線干渉を行わないことが明らかな距離だけ離れている沿線無線機間では同じタイムスロットを使用して、設置できる無線機の最大数量が大きくなる。
【００２１】
また、本発明による無線通信ネットワークシステムは、所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、上記伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続し、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局により固定局からの動作状態データの有無を検知するものでもある。
このような構成により、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局により固定局からの動作状態データの有無を検知することが可能となる。これにより、制御局は、上記固定局からの動作状態データの有無により、当該固定局のエラーを検出し処理を行う。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による無線通信ネットワークシステムの実施の形態を示す概略構成図である。この無線通信ネットワークシステムは、例えば鉄道線路上を移動する列車の追跡、運行制御を行うもので、図１に示すように、列車無線機VRS1，VRS2と、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と、制御局ＳＣとを備え、更に有線ネットワークLAN1，LAN2を備えている。
【００２３】
上記列車無線機VRS1，VRS2は、鉄道線路上を移動する列車１の先頭又は後尾に設けられ、移動しながら後述の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と各種情報を無線通信するものである。沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は、上記列車無線機VRS1，VRS2と各種情報を送受信するもので、上記鉄道線路に沿って所定距離（例えば500m〜1600m）を置いて複数個（例えば２０個）設置され、互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の無線機とされている。また、制御局ＳＣは、上記複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と列車無線機VRS1，VRS2との通信の制御・管理を行うもので、例えば制御コンピュータ（ＣＰＵ）を有しており、上記列車無線機VRS1，VRS2と沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７とに対して１個だけ設けられている。そして、ネットワークとして、上記列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス（以下「TDMA」と略称する）方式で通信を行うようになっている。
【００２４】
なお、上記列車無線機VRS1，VRS2と沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７との間では、各種情報の通信及び列車１との間の距離測定が同時に行えるようになっている。また、制御局ＳＣにより、制御区間内の全列車１の先頭、後尾の位置が把握、追跡され、その位置把握と速度指示が列車無線機VRS1，VRS2に送信されるようになっている。
【００２５】
ここで、本発明においては、上記伝播型の複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と１個の制御局ＳＣとが有線ネットワークLAN1，LAN2で接続されている。この有線ネットワークLAN1，LAN2は、上記制御局ＳＣと沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７との間を高速で通信可能に接続するもので、例えば同軸ケーブル又は光ファイバケーブル等の有線ケーブルから成る。なお、図１においては、有線ネットワークをLAN1とLAN2の２本設けた例を示したが、一方の有線ネットワークが断線等で使用不可となった場合に、他方の有線ネットワークで対処できるように冗長構成としたものである。しかし、本発明はこれに限らず、有線ネットワークは１本でもよいし、３本以上としてもよい。
【００２６】
次に、このように構成された本発明の無線通信ネットワークシステムの基本的な動作について説明する。図１において、制御局ＳＣで作成された列車１に対する速度指令等の制御指令は、該制御局ＳＣから、有線ネットワークLAN1，LAN2で接続された沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７の全部に同時に送られる。このときのタイムスロットを、図２に示すＣＴ0とする。なお、このタイムスロットＣＴiは、図９に示し本発明でも適用される無線機系のTDMA方式のタイムスロットｔiとは異なる。送られる制御指令には、各沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７毎に付けられた個別の識別符号ＩＤを有する送信許可符号RSIDが、各沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に対応して付けられている。
【００２７】
このとき、上記制御局ＳＣは鉄道線路上の総ての列車１の位置を把握しており、送信許可符号RSIDが付加される沿線無線機として、列車１がその時に居るであろう場所に近い（電波が届く距離）沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が制御局ＳＣによって選択されている。上記制御指令を受信した各沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は、その制御指令に自分の送信許可符号RSIDが付いていたら、自分が送信できる次のタイムスロットの時に該制御指令を送信する。そして、それらの沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が発信した制御指令を、その近くに居る制御対象の列車１の列車無線機VRS1，VRS2が受信する。
【００２８】
上記制御指令を受信した列車無線機VRS1，VRS2は、自分に割り当てられたタイムスロット時（図９におけるｔ8とｔ9の時）に、列車リポート等のメッセージを送信する。これらのメッセージは、それを受信することができる距離にある沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７の全部が受信する。そして、上記メッセージを受信した沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は、その情報を有線ネットワークLAN1，LAN2を介して制御局ＳＣに送る。なお、このとき、上記列車リポート等のメッセージを受信できなかった沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７も、自分の動作状態データ等のメッセージを作成して有線ネットワークLAN1，LAN2を介して制御局ＳＣに送るようになっている。
【００２９】
次に、本発明の無線通信ネットワークシステムの具体的な動作について説明する。列車制御のような安全に関わる分野においては、例えば図１に示す列車無線機VRS1，VRS2や沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からのメッセージが到達したかどうかの判断が不可欠である。図１に示すような有線ネットワークLAN1，LAN2を付加したネットワークシステムで一般的に考えられるプロトコルとしては、TCP/IPのような衝突検知（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）がある。しかし、この方法では、メッセージの衝突が起こった場合にメッセージの再送が行われ、メッセージの到達時間が保証されず、メッセージの到達の判断ができない。
【００３０】
そこで、これを回避するために、上記有線ネットワークLAN1，LAN2内にもう一つのTDMA方式を構築する。このTDMA方式で使用される同期がとれた時計は、無線機系のTDMA方式に使用している時計をそのまま利用する。このTDMA方式のタイムスロットの概念を図２に示す。本発明においては、有線ネットワークLAN1，LAN2内に流れるメッセージは、有線ネットワーク系のTDMA方式によって制御される。すなわち、各無線機と制御局ＳＣに割り当てられた有線ネットワーク系のTDMA方式のタイムスロットＣＴ0，ＣＴ1，ＣＴ2，…，ＣＴ7時のみ、上記各無線機及び制御局ＳＣは有線ネットワークLAN1，LAN2内にメッセージを送信することができる。
【００３１】
このとき、図２において、制御局ＳＣにより作成された列車１への制御指令等のメッセージは、タイムスロットＣＴ0で総ての無線機に対して送られる。次に、タイムスロットＣＴ1を割り当てられた沿線無線機Ｒ０は、自分が持っている制御局ＳＣに送るべき必要情報の中で送信優先順位の最も高い情報を、このタイムスロットＣＴ1で制御局ＳＣに送信する。同様にして、タイムスロットＣＴ2時には沿線無線機Ｒ１が制御局ＳＣに送信し、タイムスロットＣＴ3時には沿線無線機Ｒ２が制御局ＳＣに送信するというように、順次各無線機がメッセージを制御局ＳＣに送信する。
【００３２】
図３は、図１に示す列車無線機VRS1，VRS2と沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７から成る無線機系のTDMA方式の周期Ｔと、有線ネットワーク系のTDMA方式の周期ＣＴとの関係を示す説明図である。この場合、有線ネットワーク系のTDMA方式の周期ＣＴは、無線機系のTDMA方式の１タイムスロットｔi（Ｔ／Ｎ）以下に設定する必要がある。その理由は、以下の通りである。
（１）制御局ＳＣからの制御指令を無線機系のTDMA方式のネットワークに連続したタイムスロットで送ることができなくてはならない。送信が間に合わないと、無線機系のTDMA方式のネットワークに送るものが無くなってしまう。
（２）総ての沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からの情報は、次のメッセージが列車１から来るまでに制御局ＳＣに送信されていなければならない。制御局ＳＣに送信する前に次の情報が無線機系のTDMA方式のネットワークから来る可能性があり、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７において前の情報に上書きされる情報が発生することがある。
【００３３】
無線機系のTDMA方式のネットワークのタイムスロット（図３の上部の図参照）は、前述し図３に示すように、１周期Ｔをタイムスロット数Ｎで割ったものを各無線機に割り当てることにより実現している。このことは、無線機数がこのタイムスロット数Ｎによっても制限されることを意味する。例えば、１周期Ｔが１ｓのTDMA方式のネットワークにおいて、タイムスロットを100個持った場合は、列車無線機と沿線無線機を合わせた総数として最大100個まで持てることを意味する。そして、このような場合は、普通、合計100個の列車無線機と沿線無線機に対して、１個の制御局ＳＣを設置する。
【００３４】
しかし、上記の場合でも、図１に示す有線ネットワークLAN1，LAN2側に、TDMA方式の概念を入れてメッセージの衝突を回避することによって、複数の無線機系のTDMA方式のネットワークを１個の制御局ＳＣで制御することができる。特に、有線ネットワークLAN1，LAN2として光ファイバケーブルを用いれば、数個の無線機系のTDMA方式のネットワークを接続できる。
【００３５】
図４は、複数の無線機系のTDMA方式のネットワークＮＷ1，ＮＷ2を、上記有線ネットワークLAN1，LAN2に接続された１個の制御局ＳＣで制御する状態を示す模式図である。この図は、図１に示す無線通信ネットワークシステムを二つ接続し、制御局ＳＣは１個としたものに相当する。このとき、有線ネットワーク系のTDMA方式のネットワークの周期ＣＴ（図３の下部の図参照）は、無線機系のTDMA方式のネットワークの数×１タイムスロットと同等以下でなければならない。すなわち、１個の制御局ＳＣが制御する総ての沿線無線機からの情報を無線機系のTDMA方式のネットワークの１タイムスロット内で集めることが要求される。
【００３６】
図１に示すように、本発明の無線通信ネットワークシステムにおいては、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は１次元に配置されるので、複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７のうち制御対象の列車１との通信が可能なものは数個である。そして、制御局ＳＣは、制御下にある列車１の総ての位置を把握している。したがって、上記制御局ＳＣは、鉄道線路上の列車１の存在位置を把握し、列車１が存在する位置付近の沿線無線機のみに当該列車１への指令を送信させるように動作する。
【００３７】
すなわち、上記制御局ＳＣから送信される総てのメッセージに各沿線無線機固有の送信許可符号RSIDを付加しておき、一旦、各沿線無線機全部が制御局ＳＣからのメッセージを受信した後、自分の送信許可符号RSIDがそのメッセージに含まれていないと認識した沿線無線機はそのメッセージを捨てる、若しくは最初からそのメッセージを受け取らない、というように動作させる。これにより、制御対象の列車１から遠くにあり、たとえ当該列車１向けのメッセージを送信したとしても届くことのない位置にある沿線無線機からの無駄なメッセージの送信を避けることができる。
【００３８】
図５は、複数の沿線無線機群に対してTDMA方式のタイムスロットを共有化することを示す説明図である。すなわち、上記制御局ＳＣは、鉄道線路上の離れた距離の複数の列車１の存在位置を把握した状態で、上記各々の列車１が存在する位置付近に対応する沿線無線機群に対してタイムスロットを共有化するように動作する。図５において、符号Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２は列車無線機を示し、符号Ｒ０からＲ14までは沿線無線機を示している。また、符号ｔ0〜ｔ4，ｔ5，ｔ6，ｔ7はタイムスロットを示しており、同じ番号のものは同じタイムスロット時間でのメッセージの送信を意味する。
【００３９】
いま、ある時刻に列車１が図５において符号Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２の位置にあり、それらの位置は制御局ＳＣによって既に把握されているとする。すると、上記制御局ＳＣは、列車１の近くに位置する沿線無線機を数個決定する。例えば、列車の位置Ｖ０に対しては円Ｃ0で示される範囲が電波の到達距離を示しており、対応する沿線無線機としてＲ０，Ｒ１，Ｒ２が決定される。同様にして、列車の位置Ｖ１に対しては沿線無線機としてＲ６，Ｒ７，Ｒ８が決定され、列車の位置Ｖ２に対しては沿線無線機としてＲ１２，Ｒ１３，Ｒ１４が決定される。
【００４０】
この状態で、制御局ＳＣは、有線ネットワークLANを使用して列車の位置Ｖ０宛のメッセージを、沿線無線機Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２の送信許可符号RSIDを付加して各沿線無線機全部に送信する。それを受信した沿線無線機のうちＲ０，Ｒ１，Ｒ２だけが、それぞれタイムスロットｔ0，ｔ1，ｔ2時にメッセージを送信する。その後、制御局ＳＣは、上記列車の位置Ｖ０宛のメッセージを有線ネットワークLANに流した後に該制御局ＳＣに与えられたタイムスロット時に、列車の位置Ｖ１宛のメッセージを、沿線無線機Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８の送信許可符号RSIDを付加して各沿線無線機全部に送信する。このとき、時間的に見ると、最初の列車位置Ｖ０宛のメッセージを送ってから次の列車位置Ｖ１宛のメッセージを送るまでには、無線機系のTDMA方式のネットワークの１タイムスロット時間程度の遅れがある。
【００４１】
すなわち、沿線無線機Ｒ１が列車位置Ｖ０に対するメッセージを送るタイムスロットｔ1のときに、列車位置Ｖ１に対するメッセージが沿線無線機Ｒ６によって送信される。この場合、互いに同じタイムスロットではあるが、上記沿線無線機Ｒ１と沿線無線機Ｒ６とは距離が離れているため、互いが無線干渉することはない。このようにして、タイムスロットの共有化を図ることによって、タイムスロットを共有化しなかった場合に比べて、TDMA方式のタイムスロット数によって制限される沿線無線機の最大数量を大きくすることができる。図５の例では、図１のようにタイムスロットを共有化しない場合の３倍の沿線無線機が設置できる。なお、列車無線機は移動するので、タイムスロットを共有化することはできない。
【００４２】
図１に示す本発明の無線通信ネットワークシステムにおいては、有線ネットワークLAN1，LAN2に対して、TDMA方式で列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用いるようにしてもよい。上記有線ネットワークLAN1，LAN2内でTDMA方式化するためには、総ての有線ネットワークLAN1，LAN2に接続された沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７の時計の同期が取れていることが必要となる。本発明では、有線ネットワークLAN1，LAN2側のTDMA方式用の時計に、無線機系のTDMA方式で使用している時計を用い、且つ、無線機系のTDMA方式の１タイムスロット時間内に有線ネットワークLAN1，LAN2で接続されている沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からの情報を集められるように、有線ネットワークLAN1，LAN2側の周期を無線機系のTDMA方式の１タイムスロット時間以下に設定したものである。
【００４３】
図６は、図１に示す制御局ＳＣで把握している有線ネットワークLAN1，LAN2内のTDMA方式のネットワークを示す説明図である。図１に示す本発明の無線通信ネットワークシステムにおいては、有線ネットワークLAN1，LAN2に対して、TDMA方式で列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局ＳＣにより沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からの動作状態データの有無を検知するようにしてもよい。図６において、有線ネットワークLAN1，LAN2内のタイムスロットは、実際には個々の列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に割り当てられている。
【００４４】
例えば、制御局ＳＣは、現時点で沿線無線機Ｒ５がメッセージを送信することは既知であるとする。上記制御局ＳＣは、この既知情報を利用して、沿線無線機Ｒ５に割り当てられたタイムスロット時間にメッセージが当該沿線無線機Ｒ５から送られて来るかどうかを監視している。もし、そのタイムスロット時間に上記沿線無線機Ｒ５からメッセージが送られてこない場合は、制御局ＳＣは、即時に沿線無線機Ｒ５に何らかの異常があったかもしれないと判断する。これにより、いずれかの沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７のエラーを検知し、その処理を行うことができる。
【００４５】
なお、以上においては、例えば鉄道線路上を移動する列車の追跡、運行制御を行う無線通信ネットワークシステムとして説明したが、本発明はこれに限らず、所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期されたTDMA方式で通信を行うものであれば、他の無線通信ネットワークシステムに適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続したことで、上記制御局で作成された制御指令等の情報を、該制御局から有線ネットワークを使用して各固定局に対して同時に送ることが可能となる。これにより、情報の伝播時間が固定局の数に影響されないようにでき、一つのネットワークゾーンを大きくすることができる。したがって、ネットワークシステム全体として制御局の数を減少でき、コストの低減を図ることができる。また、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用いると共に、上記有線ネットワークにおける時分割多重アクセス方式の周期を、上記複数個の固定局と移動局との間のネットワークにおける時分割多重アクセス方式の１タイムスロット以下に設定することにより、上記移動局及び固定局に割り当てられた１タイムスロット時間内に、有線ネットワークで接続されている固定局からの情報を集めることができる。
【００４７】
また、請求項３に係る発明によれば、上記移動局は鉄道線路上を移動する列車に設けられた列車無線機であり、上記固定局は鉄道線路に沿って設置された沿線無線機であり、上記制御局は列車の追跡、運行制御を行うものとしたことにより、鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムを構成することができる。したがって、列車の追跡、運行制御を効率良く行うことができる。
【００４８】
さらに、請求項４に係る発明によれば、上記制御局は、鉄道線路上の列車の存在位置を把握し、列車が存在する位置付近の沿線無線機のみに当該列車への指令を送信させるものとしたことにより、列車からの距離が遠く、たとえ当該列車向けの情報を送っても届かない位置にある沿線無線機からの無駄なメッセージの送信を避けることができる。
【００４９】
さらにまた、請求項５に係る発明によれば、上記制御局は、鉄道線路上の離れた距離の複数の列車の存在位置を把握した状態で、上記各々の列車が存在する位置付近に対応する沿線無線機群に対してタイムスロットを共有化することにより、互いに無線干渉を行わないことが明らかな距離だけ離れている沿線無線機間では同じタイムスロットを使用して、設置できる無線機の最大数量を大きくすることができる。
【００５１】
さらに、請求項２に係る発明によれば、伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続したことで、上記制御局で作成された制御指令等の情報を、該制御局から有線ネットワークを使用して各固定局に対して同時に送ることが可能となる。これにより、情報の伝播時間が固定局の数に影響されないようにでき、一つのネットワークゾーンを大きくすることができる。したがって、ネットワークシステム全体として制御局の数を減少でき、コストの低減を図ることができる。また、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局により固定局からの動作状態データの有無を検知することにより、制御局は、上記固定局からの動作状態データの有無により、当該固定局のエラーを検出し、その処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による無線通信ネットワークシステムの実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】 有線ネットワーク内のTDMA方式のタイムスロットの概念を示す説明図である。
【図３】 図１に示す列車無線機と沿線無線機から成る無線機系のTDMA方式の周期と、有線ネットワーク系のTDMA方式の周期との関係を示す説明図である。
【図４】 複数の無線機系のTDMA方式のネットワークを、有線ネットワークに接続された１個の制御局で制御する状態を示す模式図である。
【図５】 複数の沿線無線機群に対してTDMA方式のタイムスロットを共有化することを示す説明図である。
【図６】 図１に示す制御局で把握している有線ネットワーク内のTDMA方式のネットワークを示す説明図である。
【図７】 従来の鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムを示す概略構成図である。
【図８】 上記無線通信ネットワークシステムにおいて、列車無線機及び沿線無線機に割り当てられたタイムスロットを示す説明図である。
【図９】 上記無線通信ネットワークシステムでの伝播型ネットワークにおける情報の伝播の概念を示す説明図である。
【符号の説明】
１…列車
VRS1，VRS2…列車無線機
Ｒ０〜Ｒ１５…沿線無線機
ＳＣ…制御局
LAN1，LAN2…有線ネットワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のルートに沿って移動する移動局と上記ルートに沿って複数個設置された伝播型の固定局とこれらの通信の制御・管理を行う制御局とを備え、時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムに関し、特に、伝播型の複数個の固定局間における情報の伝播時間が無線機の数に殆ど影響されない無線通信ネットワークシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の無線通信ネットワークシステム、例えば鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムは、図７に示すように、鉄道線路上を移動する列車１に設けられ移動しながら無線通信する列車無線機VRS1，VRS2と、上記鉄道線路に沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と、上記複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と列車無線機VRS1，VRS2との通信の制御・管理を行う１個の制御局ＳＣとを備え、上記列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行うようになっている。
【０００３】
ここで、上記タイムスロットについて、図８を参照して説明する。上記のように構築された無線通信ネットワークシステムは、１周期Ｔ（ms）をＮ個に分割したＴ／Ｎ（ms）で１回の送信を終わるように制御されている。それぞれＮ個の単位時間には、例えばｔ0，ｔ1，ｔ2，…，ｔnのように連番が付けられている。最後のｔnまで来るとまたｔ0に戻り、それらを繰り返す。このｔ0，ｔ1，ｔ2，…，ｔnを一般形としてｔi（０≦ｉ≦Ｎ-1）で表し、このｔiをタイムスロットと呼び、ｉをタイムスロット番号と呼ぶ。なお、Ｎはタイムスロット数である。
【０００４】
図７において、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と列車無線機VRS1，VRS2とに、それぞれタイムスロットｔ0〜ｔ7及びｔ8，ｔ9を与え、各無線機は与えられたタイムスロットにのみ送信を許可され、それ以外のタイムスロットでは送信している無線機を受信するように制御されている。このとき、総ての無線機の時計は同期が取られているので、このようなことが可能となる。
【０００５】
図７に示すような無線機配置の時分割多重アクセス方式の無線通信ネットワークシステムにおいては、沿線無線機Ｒ０の発信する情報を受信できる距離に隣の沿線無線機Ｒ１を配置し、さらにその次の沿線無線機Ｒ２は上記沿線無線機Ｒ０の発信する情報が受信できない距離に配置されているものとする。以下、同様に沿線無線機Ｒ７まで配置されている。なお、ここでは、上記の無線通信ネットワークシステムを簡単に説明するために、第三の沿線無線機Ｒ２は第一の沿線無線機Ｒ０の発信する情報が受信できない距離に配置されているとしたが、該無線通信ネットワークシステムのロバスト性（強健性）を高めるために、第一の沿線無線機Ｒ０の発信する情報を複数個の沿線無線機Ｒ１，Ｒ２に受信させるものとしてもよい。
【０００６】
前記制御局ＳＣで作成された列車１に対する制御指令（例えば速度指令）は、まず有線ケーブルを使用して第一の沿線無線機Ｒ０に送られる。すると、この沿線無線機Ｒ０は、自分が送信できるタイムスロット（この場合はｔ0）の時間になったときに、上記の制御指令を隣の第二の沿線無線機Ｒ１に無線で送信する。このとき、上記沿線無線機Ｒ１は、上記の制御指令を同じタイムスロットｔ0で受信することができるので、そのまま受信する。その後、沿線無線機Ｒ１は、自分が送信できるタイムスロット（この場合はｔ1）の時間になったときに、上記受信した制御指令をその隣の第三の沿線無線機Ｒ２に無線で送信する。以下、同様に送受信が進んで行く。このように、互いに隣り合う無線機同士で順次無線通信しながら情報を伝えて行くネットワーク方式を、伝播型ネットワークという。
【０００７】
図９に、上記伝播型ネットワークにおける情報の伝播の概念を示す。図９内における矢印は、伝播される情報の届く範囲を示しており、ここでは隣の無線機１個まで届くものとする。前述したように、第一の沿線無線機Ｒ０から順番に他の沿線無線機Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒ７まで制御指令は各無線機間を伝播する。
【０００８】
図９において、例えばタイムスロットｔ2で沿線無線機Ｒ２から発信された情報は、同じタイムスロットｔ2時に沿線無線機Ｒ３と列車無線機VRS1（＊１）の両方に受信される。この場合、列車１は、上記沿線無線機Ｒ２の近くでそれからの電波が届く場所に居たことを意味する。次に、タイムスロットｔ3において沿線無線機Ｒ３から発信された情報は、同じタイムスロットｔ3時に沿線無線機Ｒ４と列車無線機VRS2（＊２）の両方に受信される。この場合も、列車１は、上記沿線無線機Ｒ３の近くでそれからの電波が届く場所に居たことを意味する。
【０００９】
次に、タイムスロットｔ8においては、列車無線機VRS1の送信できるタイミングであり、前記制御局ＳＣで作成された制御指令ではなく、列車１からの情報が発信される。この情報は、同じタイムスロットｔ8時に列車１に一番近い所に位置する例えば沿線無線機Ｒ２（＊３）によって受信される。次に、タイムスロットｔ9においては、列車無線機VRS2の送信できるタイミングであり、上記と同様に列車１からの情報が発信される。この情報は、同じタイムスロットｔ9時に列車１に一番近い所に位置する例えば沿線無線機Ｒ３（＊４）によって受信される。
【００１０】
次に、上記受信された列車１からの情報は、上記沿線無線機Ｒ２及び沿線無線機Ｒ３に割り当てられたタイムスロット時に、それぞれ沿線無線機Ｒ２，Ｒ３から送信され、前記のように順次伝播されて制御局ＳＣまで送られる。このように逆向きの情報の伝播も必要となるので、上記沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７には、逆向き伝播用に新たなタイムスロットが必要となる。すなわち、上記沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７には、往復で二つのタイムスロットが割り当てられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の無線通信ネットワークシステムにおいては、図７に示す沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が伝播型ネットワークを構成していたので、列車１が例えば沿線無線機Ｒ７付近に居た場合は、制御局ＳＣにより作成され送られた制御指令が上記列車１まで届く時間は、（ｔ0＋ｔ1，…，＋ｔ6）となるものであった。すなわち、この場合は、制御指令が届く時間は、タイムスロットの単位時間×７（Ｔ／Ｎ×７）で表される。そして、総てのタイムスロットの単位時間は同じなので、伝播型ネットワークにおいて、一方の端から他方の端まで制御指令が届く時間は、それを構成する沿線無線機の数に比例して長くなることがわかる。
【００１２】
一方、列車制御を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、制御指令の到達時間は重要な項目であり、この時間は短いほど良い。電波の周波数や無線機の出力等の制限により、個々の無線機の電波到達距離が長くできない状況下では、各無線機の設置間隔を短くしなければならず、むしろ沿線無線機の数は多くなる。そこで、制御指令の到達時間を適当な範囲に抑えるために、沿線無線機の数に限界が設定される。
【００１３】
上記沿線無線機の数に限界があるということは、図７に示すように、１ネットワークゾーンに１個の制御局ＳＣを持つようなネットワークシステムのネットワークゾーンが小さくなることである。そして、大規模な列車制御の無線通信ネットワークシステムにおいては、長い鉄道線路に沿って複数のネットワークゾーンを切れ目なく繋げることとなるが、一つ一つのネットワークゾーンがあまり大きくないことから、ネットワークシステムの全体では上記ネットワークゾーンの数だけの複数個の制御局ＳＣを配置しなければならなかった。
これらのことから、従来においては、情報の伝播時間が無線機の数に影響されて長くなっていたことと、ネットワークシステム全体として制御局ＳＣの数が増えてコスト高となっていたという問題点があった。
【００１４】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、伝播型の複数個の固定局間における情報の伝播時間が無線機の数に殆ど影響されず、また一つのネットワークゾーンを大きくできる無線通信ネットワークシステムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による無線通信ネットワークシステムは、所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、上記伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続し、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、上記有線ネットワークにおける時分割多重アクセス方式の周期は、上記複数個の固定局と移動局との間のネットワークにおける時分割多重アクセス方式の１タイムスロット以下に設定するものである。
【００１６】
このような構成により、伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続したことで、上記制御局で作成された制御指令等の情報を、該制御局から有線ネットワークを使用して各固定局に対して同時に送ることが可能となる。これにより、情報の伝播時間が固定局の数に影響されないことから、一つのネットワークゾーンが大きくなる。また、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用いることが可能となると共に、上記有線ネットワークにおける時分割多重アクセス方式の周期は、上記複数個の固定局と移動局との間のネットワークにおける時分割多重アクセス方式の１タイムスロット以下に設定することが可能となる。これにより、上記移動局及び固定局に割り当てられた１タイムスロット時間内に、有線ネットワークで接続されている固定局からの情報が集められる。
【００１７】
また、上記移動局は鉄道線路上を移動する列車に設けられた列車無線機であり、上記固定局は鉄道線路に沿って設置された沿線無線機であり、上記制御局は列車の追跡、運行制御を行うものとしてもよい。これにより、鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムが構成される。
【００１８】
さらに、上記制御局は、鉄道線路上の列車の存在位置を把握し、列車が存在する位置付近の沿線無線機のみに当該列車への指令を送信させるものとしてもよい。これにより、列車からの距離が遠く、たとえ当該列車向けの情報を送っても届かない位置にある沿線無線機からの無駄なメッセージの送信を避けることができる。
【００１９】
さらにまた、上記制御局は、鉄道線路上の離れた距離の複数の列車の存在位置を把握した状態で、上記各々の列車が存在する位置付近に対応する沿線無線機群に対してタイムスロットを共有化してもよい。これにより、互いに無線干渉を行わないことが明らかな距離だけ離れている沿線無線機間では同じタイムスロットを使用して、設置できる無線機の最大数量が大きくなる。
【００２１】
また、本発明による無線通信ネットワークシステムは、所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、上記伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続し、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局により固定局からの動作状態データの有無を検知するものでもある。
このような構成により、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局により固定局からの動作状態データの有無を検知することが可能となる。これにより、制御局は、上記固定局からの動作状態データの有無により、当該固定局のエラーを検出し処理を行う。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による無線通信ネットワークシステムの実施の形態を示す概略構成図である。この無線通信ネットワークシステムは、例えば鉄道線路上を移動する列車の追跡、運行制御を行うもので、図１に示すように、列車無線機VRS1，VRS2と、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と、制御局ＳＣとを備え、更に有線ネットワークLAN1，LAN2を備えている。
【００２３】
上記列車無線機VRS1，VRS2は、鉄道線路上を移動する列車１の先頭又は後尾に設けられ、移動しながら後述の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と各種情報を無線通信するものである。沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は、上記列車無線機VRS1，VRS2と各種情報を送受信するもので、上記鉄道線路に沿って所定距離（例えば500m〜1600m）を置いて複数個（例えば２０個）設置され、互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の無線機とされている。また、制御局ＳＣは、上記複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と列車無線機VRS1，VRS2との通信の制御・管理を行うもので、例えば制御コンピュータ（ＣＰＵ）を有しており、上記列車無線機VRS1，VRS2と沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７とに対して１個だけ設けられている。そして、ネットワークとして、上記列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス（以下「TDMA」と略称する）方式で通信を行うようになっている。
【００２４】
なお、上記列車無線機VRS1，VRS2と沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７との間では、各種情報の通信及び列車１との間の距離測定が同時に行えるようになっている。また、制御局ＳＣにより、制御区間内の全列車１の先頭、後尾の位置が把握、追跡され、その位置把握と速度指示が列車無線機VRS1，VRS2に送信されるようになっている。
【００２５】
ここで、本発明においては、上記伝播型の複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７と１個の制御局ＳＣとが有線ネットワークLAN1，LAN2で接続されている。この有線ネットワークLAN1，LAN2は、上記制御局ＳＣと沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７との間を高速で通信可能に接続するもので、例えば同軸ケーブル又は光ファイバケーブル等の有線ケーブルから成る。なお、図１においては、有線ネットワークをLAN1とLAN2の２本設けた例を示したが、一方の有線ネットワークが断線等で使用不可となった場合に、他方の有線ネットワークで対処できるように冗長構成としたものである。しかし、本発明はこれに限らず、有線ネットワークは１本でもよいし、３本以上としてもよい。
【００２６】
次に、このように構成された本発明の無線通信ネットワークシステムの基本的な動作について説明する。図１において、制御局ＳＣで作成された列車１に対する速度指令等の制御指令は、該制御局ＳＣから、有線ネットワークLAN1，LAN2で接続された沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７の全部に同時に送られる。このときのタイムスロットを、図２に示すＣＴ0とする。なお、このタイムスロットＣＴiは、図９に示し本発明でも適用される無線機系のTDMA方式のタイムスロットｔiとは異なる。送られる制御指令には、各沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７毎に付けられた個別の識別符号ＩＤを有する送信許可符号RSIDが、各沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に対応して付けられている。
【００２７】
このとき、上記制御局ＳＣは鉄道線路上の総ての列車１の位置を把握しており、送信許可符号RSIDが付加される沿線無線機として、列車１がその時に居るであろう場所に近い（電波が届く距離）沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が制御局ＳＣによって選択されている。上記制御指令を受信した各沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は、その制御指令に自分の送信許可符号RSIDが付いていたら、自分が送信できる次のタイムスロットの時に該制御指令を送信する。そして、それらの沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７が発信した制御指令を、その近くに居る制御対象の列車１の列車無線機VRS1，VRS2が受信する。
【００２８】
上記制御指令を受信した列車無線機VRS1，VRS2は、自分に割り当てられたタイムスロット時（図９におけるｔ8とｔ9の時）に、列車リポート等のメッセージを送信する。これらのメッセージは、それを受信することができる距離にある沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７の全部が受信する。そして、上記メッセージを受信した沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は、その情報を有線ネットワークLAN1，LAN2を介して制御局ＳＣに送る。なお、このとき、上記列車リポート等のメッセージを受信できなかった沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７も、自分の動作状態データ等のメッセージを作成して有線ネットワークLAN1，LAN2を介して制御局ＳＣに送るようになっている。
【００２９】
次に、本発明の無線通信ネットワークシステムの具体的な動作について説明する。列車制御のような安全に関わる分野においては、例えば図１に示す列車無線機VRS1，VRS2や沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からのメッセージが到達したかどうかの判断が不可欠である。図１に示すような有線ネットワークLAN1，LAN2を付加したネットワークシステムで一般的に考えられるプロトコルとしては、TCP/IPのような衝突検知（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）がある。しかし、この方法では、メッセージの衝突が起こった場合にメッセージの再送が行われ、メッセージの到達時間が保証されず、メッセージの到達の判断ができない。
【００３０】
そこで、これを回避するために、上記有線ネットワークLAN1，LAN2内にもう一つのTDMA方式を構築する。このTDMA方式で使用される同期がとれた時計は、無線機系のTDMA方式に使用している時計をそのまま利用する。このTDMA方式のタイムスロットの概念を図２に示す。本発明においては、有線ネットワークLAN1，LAN2内に流れるメッセージは、有線ネットワーク系のTDMA方式によって制御される。すなわち、各無線機と制御局ＳＣに割り当てられた有線ネットワーク系のTDMA方式のタイムスロットＣＴ0，ＣＴ1，ＣＴ2，…，ＣＴ7時のみ、上記各無線機及び制御局ＳＣは有線ネットワークLAN1，LAN2内にメッセージを送信することができる。
【００３１】
このとき、図２において、制御局ＳＣにより作成された列車１への制御指令等のメッセージは、タイムスロットＣＴ0で総ての無線機に対して送られる。次に、タイムスロットＣＴ1を割り当てられた沿線無線機Ｒ０は、自分が持っている制御局ＳＣに送るべき必要情報の中で送信優先順位の最も高い情報を、このタイムスロットＣＴ1で制御局ＳＣに送信する。同様にして、タイムスロットＣＴ2時には沿線無線機Ｒ１が制御局ＳＣに送信し、タイムスロットＣＴ3時には沿線無線機Ｒ２が制御局ＳＣに送信するというように、順次各無線機がメッセージを制御局ＳＣに送信する。
【００３２】
図３は、図１に示す列車無線機VRS1，VRS2と沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７から成る無線機系のTDMA方式の周期Ｔと、有線ネットワーク系のTDMA方式の周期ＣＴとの関係を示す説明図である。この場合、有線ネットワーク系のTDMA方式の周期ＣＴは、無線機系のTDMA方式の１タイムスロットｔi（Ｔ／Ｎ）以下に設定する必要がある。その理由は、以下の通りである。
（１）制御局ＳＣからの制御指令を無線機系のTDMA方式のネットワークに連続したタイムスロットで送ることができなくてはならない。送信が間に合わないと、無線機系のTDMA方式のネットワークに送るものが無くなってしまう。
（２）総ての沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からの情報は、次のメッセージが列車１から来るまでに制御局ＳＣに送信されていなければならない。制御局ＳＣに送信する前に次の情報が無線機系のTDMA方式のネットワークから来る可能性があり、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７において前の情報に上書きされる情報が発生することがある。
【００３３】
無線機系のTDMA方式のネットワークのタイムスロット（図３の上部の図参照）は、前述し図３に示すように、１周期Ｔをタイムスロット数Ｎで割ったものを各無線機に割り当てることにより実現している。このことは、無線機数がこのタイムスロット数Ｎによっても制限されることを意味する。例えば、１周期Ｔが１ｓのTDMA方式のネットワークにおいて、タイムスロットを100個持った場合は、列車無線機と沿線無線機を合わせた総数として最大100個まで持てることを意味する。そして、このような場合は、普通、合計100個の列車無線機と沿線無線機に対して、１個の制御局ＳＣを設置する。
【００３４】
しかし、上記の場合でも、図１に示す有線ネットワークLAN1，LAN2側に、TDMA方式の概念を入れてメッセージの衝突を回避することによって、複数の無線機系のTDMA方式のネットワークを１個の制御局ＳＣで制御することができる。特に、有線ネットワークLAN1，LAN2として光ファイバケーブルを用いれば、数個の無線機系のTDMA方式のネットワークを接続できる。
【００３５】
図４は、複数の無線機系のTDMA方式のネットワークＮＷ1，ＮＷ2を、上記有線ネットワークLAN1，LAN2に接続された１個の制御局ＳＣで制御する状態を示す模式図である。この図は、図１に示す無線通信ネットワークシステムを二つ接続し、制御局ＳＣは１個としたものに相当する。このとき、有線ネットワーク系のTDMA方式のネットワークの周期ＣＴ（図３の下部の図参照）は、無線機系のTDMA方式のネットワークの数×１タイムスロットと同等以下でなければならない。すなわち、１個の制御局ＳＣが制御する総ての沿線無線機からの情報を無線機系のTDMA方式のネットワークの１タイムスロット内で集めることが要求される。
【００３６】
図１に示すように、本発明の無線通信ネットワークシステムにおいては、沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７は１次元に配置されるので、複数個の沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７のうち制御対象の列車１との通信が可能なものは数個である。そして、制御局ＳＣは、制御下にある列車１の総ての位置を把握している。したがって、上記制御局ＳＣは、鉄道線路上の列車１の存在位置を把握し、列車１が存在する位置付近の沿線無線機のみに当該列車１への指令を送信させるように動作する。
【００３７】
すなわち、上記制御局ＳＣから送信される総てのメッセージに各沿線無線機固有の送信許可符号RSIDを付加しておき、一旦、各沿線無線機全部が制御局ＳＣからのメッセージを受信した後、自分の送信許可符号RSIDがそのメッセージに含まれていないと認識した沿線無線機はそのメッセージを捨てる、若しくは最初からそのメッセージを受け取らない、というように動作させる。これにより、制御対象の列車１から遠くにあり、たとえ当該列車１向けのメッセージを送信したとしても届くことのない位置にある沿線無線機からの無駄なメッセージの送信を避けることができる。
【００３８】
図５は、複数の沿線無線機群に対してTDMA方式のタイムスロットを共有化することを示す説明図である。すなわち、上記制御局ＳＣは、鉄道線路上の離れた距離の複数の列車１の存在位置を把握した状態で、上記各々の列車１が存在する位置付近に対応する沿線無線機群に対してタイムスロットを共有化するように動作する。図５において、符号Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２は列車無線機を示し、符号Ｒ０からＲ14までは沿線無線機を示している。また、符号ｔ0〜ｔ4，ｔ5，ｔ6，ｔ7はタイムスロットを示しており、同じ番号のものは同じタイムスロット時間でのメッセージの送信を意味する。
【００３９】
いま、ある時刻に列車１が図５において符号Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２の位置にあり、それらの位置は制御局ＳＣによって既に把握されているとする。すると、上記制御局ＳＣは、列車１の近くに位置する沿線無線機を数個決定する。例えば、列車の位置Ｖ０に対しては円Ｃ0で示される範囲が電波の到達距離を示しており、対応する沿線無線機としてＲ０，Ｒ１，Ｒ２が決定される。同様にして、列車の位置Ｖ１に対しては沿線無線機としてＲ６，Ｒ７，Ｒ８が決定され、列車の位置Ｖ２に対しては沿線無線機としてＲ１２，Ｒ１３，Ｒ１４が決定される。
【００４０】
この状態で、制御局ＳＣは、有線ネットワークLANを使用して列車の位置Ｖ０宛のメッセージを、沿線無線機Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２の送信許可符号RSIDを付加して各沿線無線機全部に送信する。それを受信した沿線無線機のうちＲ０，Ｒ１，Ｒ２だけが、それぞれタイムスロットｔ0，ｔ1，ｔ2時にメッセージを送信する。その後、制御局ＳＣは、上記列車の位置Ｖ０宛のメッセージを有線ネットワークLANに流した後に該制御局ＳＣに与えられたタイムスロット時に、列車の位置Ｖ１宛のメッセージを、沿線無線機Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８の送信許可符号RSIDを付加して各沿線無線機全部に送信する。このとき、時間的に見ると、最初の列車位置Ｖ０宛のメッセージを送ってから次の列車位置Ｖ１宛のメッセージを送るまでには、無線機系のTDMA方式のネットワークの１タイムスロット時間程度の遅れがある。
【００４１】
すなわち、沿線無線機Ｒ１が列車位置Ｖ０に対するメッセージを送るタイムスロットｔ1のときに、列車位置Ｖ１に対するメッセージが沿線無線機Ｒ６によって送信される。この場合、互いに同じタイムスロットではあるが、上記沿線無線機Ｒ１と沿線無線機Ｒ６とは距離が離れているため、互いが無線干渉することはない。このようにして、タイムスロットの共有化を図ることによって、タイムスロットを共有化しなかった場合に比べて、TDMA方式のタイムスロット数によって制限される沿線無線機の最大数量を大きくすることができる。図５の例では、図１のようにタイムスロットを共有化しない場合の３倍の沿線無線機が設置できる。なお、列車無線機は移動するので、タイムスロットを共有化することはできない。
【００４２】
図１に示す本発明の無線通信ネットワークシステムにおいては、有線ネットワークLAN1，LAN2に対して、TDMA方式で列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用いるようにしてもよい。上記有線ネットワークLAN1，LAN2内でTDMA方式化するためには、総ての有線ネットワークLAN1，LAN2に接続された沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７の時計の同期が取れていることが必要となる。本発明では、有線ネットワークLAN1，LAN2側のTDMA方式用の時計に、無線機系のTDMA方式で使用している時計を用い、且つ、無線機系のTDMA方式の１タイムスロット時間内に有線ネットワークLAN1，LAN2で接続されている沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からの情報を集められるように、有線ネットワークLAN1，LAN2側の周期を無線機系のTDMA方式の１タイムスロット時間以下に設定したものである。
【００４３】
図６は、図１に示す制御局ＳＣで把握している有線ネットワークLAN1，LAN2内のTDMA方式のネットワークを示す説明図である。図１に示す本発明の無線通信ネットワークシステムにおいては、有線ネットワークLAN1，LAN2に対して、TDMA方式で列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局ＳＣにより沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７からの動作状態データの有無を検知するようにしてもよい。図６において、有線ネットワークLAN1，LAN2内のタイムスロットは、実際には個々の列車無線機VRS1，VRS2及び沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７に割り当てられている。
【００４４】
例えば、制御局ＳＣは、現時点で沿線無線機Ｒ５がメッセージを送信することは既知であるとする。上記制御局ＳＣは、この既知情報を利用して、沿線無線機Ｒ５に割り当てられたタイムスロット時間にメッセージが当該沿線無線機Ｒ５から送られて来るかどうかを監視している。もし、そのタイムスロット時間に上記沿線無線機Ｒ５からメッセージが送られてこない場合は、制御局ＳＣは、即時に沿線無線機Ｒ５に何らかの異常があったかもしれないと判断する。これにより、いずれかの沿線無線機Ｒ０〜Ｒ７のエラーを検知し、その処理を行うことができる。
【００４５】
なお、以上においては、例えば鉄道線路上を移動する列車の追跡、運行制御を行う無線通信ネットワークシステムとして説明したが、本発明はこれに限らず、所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期されたTDMA方式で通信を行うものであれば、他の無線通信ネットワークシステムに適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続したことで、上記制御局で作成された制御指令等の情報を、該制御局から有線ネットワークを使用して各固定局に対して同時に送ることが可能となる。これにより、情報の伝播時間が固定局の数に影響されないようにでき、一つのネットワークゾーンを大きくすることができる。したがって、ネットワークシステム全体として制御局の数を減少でき、コストの低減を図ることができる。また、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用いると共に、上記有線ネットワークにおける時分割多重アクセス方式の周期を、上記複数個の固定局と移動局との間のネットワークにおける時分割多重アクセス方式の１タイムスロット以下に設定することにより、上記移動局及び固定局に割り当てられた１タイムスロット時間内に、有線ネットワークで接続されている固定局からの情報を集めることができる。
【００４７】
また、請求項３に係る発明によれば、上記移動局は鉄道線路上を移動する列車に設けられた列車無線機であり、上記固定局は鉄道線路に沿って設置された沿線無線機であり、上記制御局は列車の追跡、運行制御を行うものとしたことにより、鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムを構成することができる。したがって、列車の追跡、運行制御を効率良く行うことができる。
【００４８】
さらに、請求項４に係る発明によれば、上記制御局は、鉄道線路上の列車の存在位置を把握し、列車が存在する位置付近の沿線無線機のみに当該列車への指令を送信させるものとしたことにより、列車からの距離が遠く、たとえ当該列車向けの情報を送っても届かない位置にある沿線無線機からの無駄なメッセージの送信を避けることができる。
【００４９】
さらにまた、請求項５に係る発明によれば、上記制御局は、鉄道線路上の離れた距離の複数の列車の存在位置を把握した状態で、上記各々の列車が存在する位置付近に対応する沿線無線機群に対してタイムスロットを共有化することにより、互いに無線干渉を行わないことが明らかな距離だけ離れている沿線無線機間では同じタイムスロットを使用して、設置できる無線機の最大数量を大きくすることができる。
【００５１】
さらに、請求項２に係る発明によれば、伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続したことで、上記制御局で作成された制御指令等の情報を、該制御局から有線ネットワークを使用して各固定局に対して同時に送ることが可能となる。これにより、情報の伝播時間が固定局の数に影響されないようにでき、一つのネットワークゾーンを大きくすることができる。したがって、ネットワークシステム全体として制御局の数を減少でき、コストの低減を図ることができる。また、上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局により固定局からの動作状態データの有無を検知することにより、制御局は、上記固定局からの動作状態データの有無により、当該固定局のエラーを検出し、その処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による無線通信ネットワークシステムの実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】 有線ネットワーク内のTDMA方式のタイムスロットの概念を示す説明図である。
【図３】 図１に示す列車無線機と沿線無線機から成る無線機系のTDMA方式の周期と、有線ネットワーク系のTDMA方式の周期との関係を示す説明図である。
【図４】 複数の無線機系のTDMA方式のネットワークを、有線ネットワークに接続された１個の制御局で制御する状態を示す模式図である。
【図５】 複数の沿線無線機群に対してTDMA方式のタイムスロットを共有化することを示す説明図である。
【図６】 図１に示す制御局で把握している有線ネットワーク内のTDMA方式のネットワークを示す説明図である。
【図７】 従来の鉄道線路上を移動する列車の制御を行う無線通信ネットワークシステムを示す概略構成図である。
【図８】 上記無線通信ネットワークシステムにおいて、列車無線機及び沿線無線機に割り当てられたタイムスロットを示す説明図である。
【図９】 上記無線通信ネットワークシステムでの伝播型ネットワークにおける情報の伝播の概念を示す説明図である。
【符号の説明】
１…列車
VRS1，VRS2…列車無線機
Ｒ０〜Ｒ１５…沿線無線機
ＳＣ…制御局
LAN1，LAN2…有線ネットワーク
Claims (5)
- 所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、
上記伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続し、
上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、
上記有線ネットワークにおける時分割多重アクセス方式の周期は、上記複数個の固定局と移動局との間のネットワークにおける時分割多重アクセス方式の１タイムスロット以下に設定することを特徴とする無線通信ネットワークシステム。 - 所定のルートに沿って移動しながら無線通信する移動局と、上記ルートに沿って所定距離を置いて複数個設置され互いに隣り合うもの同士で順次無線通信する伝播型の固定局と、上記複数個の固定局と移動局との通信の制御・管理を行う１個の制御局とを備え、上記移動局及び固定局が割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式で通信を行う無線通信ネットワークシステムにおいて、
上記伝播型の複数個の固定局と１個の制御局とを有線ネットワークで接続し、
上記有線ネットワークに対して、時分割多重アクセス方式で移動局及び固定局に割り当てられたタイムスロットのみ通信可能に同期された同期時間を用い、制御局により固定局からの動作状態データの有無を検知することを特徴とする無線通信ネットワークシステム。 - 上記移動局は鉄道線路上を移動する列車に設けられた列車無線機であり、上記固定局は鉄道線路に沿って設置された沿線無線機であり、上記制御局は列車の追跡、運行制御を行うものであることを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信ネットワークシステム。
- 上記制御局は、鉄道線路上の列車の存在位置を把握し、列車が存在する位置付近の沿線無線機のみに当該列車への指令を送信させることを特徴とする請求項３記載の無線通信ネットワークシステム。
- 上記制御局は、鉄道線路上の離れた距離の複数の列車の存在位置を把握した状態で、上記各々の列車が存在する位置付近に対応する沿線無線機群に対してタイムスロットを共有化することを特徴とする請求項３記載の無線通信ネットワークシステム。
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