JP4786418B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム及びその移動体に関し、複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システム及びその移動体に関する。

近年、自動運転車両を車車間通信により電子的に連結することで隊列を組み、旅客需要変動に柔軟かつ迅速に対応する道路交通システムが開発されている。

特許文献１には、グループ内の１つの車両をビーコン局に割り当て、残りの車両をクライアント局に割り当てるようにし、上記ビーコン局は周囲の他グループの通信タイミングと同期をとって自グループのクライアント局の通信タイミングを制御する無線通信システムが記載されている。
特開２００５−２２３５０９号公報

従来の無線通信システムにおいて、図１はグループ１，２が存在する状態を示す。グループ１はビーコン局Ｂ１と、破線の円で示す無線通信範囲内に存在するクライアント局Ｓ１−１，Ｓ１−２で構成され、グループ２はビーコン局Ｂ２と、破線の円で示す無線通信エリア内に存在するクライアント局Ｓ２−１，Ｓ２−２で構成される。

この場合、グループ１，２は十分に離れているため、グループ１のクライアント局Ｓ１−１，Ｓ１−２がグループ２のビーコン局Ｂ２の送信するビーコンフレームを受信することはない。このため、グループ１，２それぞれのネットワークは互いに同期をとることができず、ネットワーク間でビーコン局の送信するビーコンフレーム，データフレーム及びクライアント局の送信するデータフレームは非同期に送信される。

図２はグループ１，２間にグループ３が入った状態を示す。グループ２，３のビーコン局Ｂ２，Ｂ３は互いの無線通信範囲内にあるため、グループ２，３のネットワークは同期が確立し、図３に送信タイミングを示すように、グループ１，２のビーコンフレームＢ及びデータフレームＤの衝突が発生することはない。

しかし、グループ１，３のビーコン局Ｂ１，Ｂ３は互いの無線通信範囲外であるため、グループ１，３のネットワークは非同期である。この場合、グループ３のクライアント局Ｓ３−２はビーコン局Ｂ１，Ｂ３の無線通信範囲内にあるため、クライアント局Ｓ３−２位置において、図３に送信タイミングを示すように、グループ３のクライアント局Ｓ３−１が送信するデータフレームＤとグループ１のビーコン局Ｂ１が送信するデータフレームＤの衝突が発生する場合がある。この場合、クライアント局Ｓ３−２ではフレームを正常に受信することができない。グループ１，３は非同期にフレームを送信しているが、各グループは同一周期でフレームを送信するため、上記データフレームの衝突は各周期で毎回発生し、クライアント局Ｓ３−２は通信途絶状態になるという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる無線通信システム及びその移動体を提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムであって、各グループでは、１つの移動体を制御フレームを送信する状態の移動体とし、残りの移動体を制御フレームを送信しない状態の移動体とし、各グループの制御フレームを送信する状態の移動体は周囲に存在する他グループの制御フレームを送信する状態の移動体から送信される制御フレームを受信して自グループの同期合わせを行い、自グループの各制御フレームを送信しない状態の移動体に制御フレームを送信して前記各制御フレームを送信しない状態の移動体の情報フレームの送信タイミングを設定する無線通信システムにおいて、
制御フレームを送信する状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力に対し制御フレームを送信しない状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力を低く設定し、
前記制御フレームを送信しない状態の移動体は、無線通信装置とアンテナとの間にアッテネータを有し、
前記制御フレームを送信する状態の移動体の受信エリアである前記制御フレームを送信する状態の移動体を中心とする半径Ｌの円に対し、前記制御フレームを送信しない状態の移動体と前記制御フレームを送信する状態の移動体との距離ｒとして、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の受信エリアが前記制御フレームを送信しない状態の移動体を中心とする半径（Ｌ−ｒ）の円となって前記半径Ｌの円に内接するよう、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の前記アッテネータの減衰量を設定することにより、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる。

本発明の移動体は、複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムであって、各グループでは、１つの移動体を制御フレームを送信する状態の移動体とし、残りの移動体を制御フレームを送信しない状態の移動体とし、各グループの制御フレームを送信する状態の移動体は周囲に存在する他グループの制御フレームを送信する状態の移動体から送信される制御フレームを受信して自グループの同期合わせを行い、自グループの各制御フレームを送信しない状態の移動体に制御フレームを送信して前記各制御フレームを送信しない状態の移動体の情報フレームの送信タイミングを設定する無線通信システムで用いられ、他の移動体と同期合わせを行う制御フレームを送信する状態と送信しない状態とを切り替える手段を有する移動体において、
制御フレームを送信する状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力に対し、制御フレームを送信しない状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力を低く設定し、
無線通信装置とアンテナとの間にアッテネータを有し、
前記制御フレームを送信する状態の移動体の受信エリアである前記制御フレームを送信する状態の移動体を中心とする半径Ｌの円に対し、前記制御フレームを送信しない状態の移動体と前記制御フレームを送信する状態の移動体との距離ｒとして、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の受信エリアが前記制御フレームを送信しない状態の移動体を中心とする半径（Ｌ−ｒ）の円となって前記半径Ｌの円に内接するよう、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の前記アッテネータの減衰量を設定することにより、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる。

本発明によれば、隣接するグループの情報フレームが衝突して通信途絶状態になることを防止できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜無線通信システムに適用される車両＞
図４は、本発明の無線通信システムに適用される車両の一実施形態の構成図を示す。同図中、車両１０Ａ，１０Ｂそれぞれには、無線通信装置１１と車両制御装置１２が設けられている。各車両の無線通信装置１１はアンテナ１３を用いて他車両の無線通信装置１１と情報通信を行う。データ通信の内容は例えば車両１０Ａ，１０Ｂが隊列を組んで走行するための制御情報である。

車両制御装置１２は、無線通信装置１１で受信した制御情報を供給されて車両の駆動系及び操縦系の制御を行い、また、他の車両に対する制御情報を生成して無線通信装置１１に送信させる。

無線通信装置１１とアンテナ１３の間にはアッテネータ１４が設けられており、クライアント局の車両では無線通信装置１１はアッテネータ１４を用いて送受信信号の減衰制御、つまり、受信感度と送信電力の減衰制御を行っている。なお、図４では車両１０Ａが制御フレームを送信する状態の移動体であるビーコン局、車両１０Ｂが制御フレームを送信しない状態の移動体であるクライアント局に設定されている。

＜無線通信装置の一実施形態＞
図５は、本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置１１の一実施形態の構成図を示す。無線通信装置はビーコン局とクライアント局で同一構成である。同図中、無線通信装置１１は、無線通信部２２、制御部２３、メモリ２４及び車両インターフェイス２５を備えている。

無線通信部２２は、制御部２３の制御下で所定の通信手順によりアンテナ１３を用いて制御フレームであるビーコンフレーム及び情報フレームであるデータフレームの送受信を行う。クライアント局の車両では制御部２３の制御によって送受信信号に対するアッテネータ１４の減衰量を可変する。なお、ビーコン局の車両ではアッテネータ１４による送受信信号の減衰を行わない。

制御部２３は、ＣＰＵ２３ａ、プログラム格納用のＲＯＭ２３ｂ、作業領域となるＲＡＭ２３ｃ、内部時計２３ｄ及び図示しない周辺回路から構成されるマイクロコンピュータで構成されており、装置全体の制御、グループＩＤの比較、優先度の判定、内部時計２３ｄの修正、他のグループとの時刻同期、アッテネータの減衰量制御等の処理を実行する。ＲＯＭ２３ｂには上記の制御プログラムや通信プロトコルが格納されている。

メモリ２４は、無線通信部２２を介して受信したビーコンフレーム及びデータフレームを記憶し、また、車両インターフェイス２５を介して取得した車両データ（車速、進行方向の方位、現在位置等）を記憶する。

車両インターフェイス２５は、車両から供給された車両データを無線通信用データに変換してメモリ２４に送り、また、メモリ２４から読み出したデータフレーム内のデータを車両データとして車両側に送る。

＜車車間通信＞
各グループ内の車両による車車間通信について説明する。各グループは図６に示すようにビーコンフレームを用いて通信チャネルを取得する。各グループの無線通信装置は自装置のグループＩＤを持つビーコンフレームを受信した後、各無線通信装置に割り当てられたデータスロット期間にデータフレームを送信する。

ビーコンフレーム及びデータフレームは、図７に示すようにヘッダ部とデータ部よりなる。ヘッダ部にはビーコンフレームかデータフレームかを示すフレームタイプ、送信時のビーコンスロット、宛先アドレス、送信元アドレス、フレームシーケンス番号、再送時のシーケンス番号、サブグループＩＤ、フレームデータ長、フレームチェックコード等が設けられている。

データ部には、情報フレームであるデータフレームの場合は、車速、進行方向の方位、現在位置等の車両データが設定される。制御フレームであるビーコンフレームの場合は、時刻（ビーコン局の内部時計の時刻）、ビーコン送信間隔、自グループが通信可能な期間、ビーコン局のグループＩＤ、ビーコン局のサブグループＩＤ、その他の各種制御データが設定される。

グループ内でどの無線通信装置がビーコン局になるかは、その無線通信装置のサブグループＩＤの優先度により決定される。グループ内の無線通信装置は、自グループのビーコンフレームを受信すると、ビーコンフレームの時刻を自装置の内部時計にセットして時刻を合わせる。これにより、グループに属する無線通信装置の時刻同期をとり、更には次のビーコンフレームの受信時刻を予測できる。

各グループのビーコン局の無線通信装置は、受信したビーコンフレームのグループＩＤと自装置のグループＩＤを比較し、受信ビーコンフレームのグループＩＤの優先度が高い場合は受信ビーコンフレームの時刻を自装置の内部時計にセットして時刻を合わせ、低い場合は次にビーコンフレームを送出する予定時刻を計算する。次に、受信ビーコンフレームの時刻とグループＩＤから自装置のグループの通信割り当て時刻を計算し、計算した値から各グループのビーコン局は次にビーコンフレームを送出する予定時刻を計算する。これによって、各グループの時刻同期が行われ、各グループの通信時間割り当てが重なることが防止される。

＜無線通信装置の一実施形態＞
図８は、クライアント局の車両において制御部２３が実行する受信感度制御処理のフローチャートを示す。

同図中、ステップＳ１１で受信したビーコンフレームからビーコン局の車両の現在位置を抽出する。次に、ステップＳ１２で自車とビーコン局の車両の車間距離ｒを算出する。そして、ステップＳ１３で（１）式により車間距離ｒに対応する電波伝搬損失Ｌｏｓを算出し、これをアッテネータ１４の減衰量としてアッテネータ１４に設定する。

Ｌｏｓ＝２０×ｌｏｇ（４πｒ／λ） …（１）
但し、λは電波の波長（＝光速／電波の周波数）である。

ここで、図９に示すように、ビーコン局Ｂ１とクライアント局Ｓ１が距離ｒだけ離間している場合、ビーコン局Ｂ１の受信エリアはビーコン局Ｂ１を中心とする半径Ｌの円（実線で示す円）となる。クライアント局Ｓ１で受信感度の減衰を行わなければ、クライアント局Ｓ１の受信エリアはクライアント局Ｓ１を中心とする半径Ｌの円（破線で示す円）となる。

本実施形態ではアッテネータ１４に車間距離ｒに対応する電波伝搬損失Ｌｏｓを減衰量として設定することにより、クライアント局Ｓ１の受信エリアはクライアント局Ｓ１を中心とする半径（Ｌ−ｒ）の円（一点鎖線で示す円）となり、ビーコン局Ｂ１の受信エリア（実線で示す円）に内接する。

図１０に示すように、ビーコン局Ｂ１とクライアント局Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がグループＡを構成し、グループＡに隣接してグループＢが存在する場合においても、本発明では同様にして、クライアント局Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３それぞれの受信エリアはビーコン局Ｂ１の受信エリアに内接する。なお、対比のために、アッテネータ１４の制御を行わない従来のクライアント局Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３それぞれの受信エリアを図１１に示す。

これによって、クライアント局Ｓ１はビーコン局Ｂ１の受信エリア外に存在するグループＢのビーコン局Ｂ２からの信号を受信することはなくなる。このため、各クライアント局Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において自グループから送信されたビーコンフレームまたはデータフレームと、他グループから送信されたビーコンフレームまたはデータフレームが衝突することを回避できる。

なお、上記実施形態ではクライアント局の送受信信号の減衰量をビーコン局との車間距離ｒに応じて可変設定することで、ビーコン局の通信能力に対しクライアント局の通信能力を低く設定しているが、少なくともクライアント局の受信信号の減衰量をビーコン局との車間距離ｒに応じて可変設定することで、ビーコン局の通信能力に対しクライアント局の通信能力を低く設定すれば、クライアント局Ｓ１はビーコン局Ｂ１の受信エリア外に存在するグループＢのビーコン局Ｂ２からの信号を受信することはなくなる。

ただし、送受信信号の減衰量をビーコン局との車間距離ｒに応じて可変設定した方が、クライアント局から送信される電波によって他グループのビーコン局及びクライアント局におけるデータフレームの衝突の発生を防止でき、より有効である。

更に、ビーコン局の送受信信号の増幅量をビーコン局との車間距離ｒに応じて可変設定することで、ビーコン局の通信能力に対しクライアント局の通信能力を低く設定しても良く、上記実施形態に限定されるものではない。

従来の無線通信システムを説明するための図である。 従来の無線通信システムを説明するための図である。 従来の無線通信システムの送信タイミングを示す図である。 本発明の無線通信システムに適用される車両の一実施形態の構成図である。 本発明の無線通信システムで各車両に搭載する無線通信装置の一実施形態の構成図である。 ビーコンフレームとデータフレームの通信タイミングを示す図である。 フレームフォーマットを示す図である。 受信感度制御処理のフローチャートである。 ビーコン局の受信エリアとクライアント局の受信エリアを示す図である。 本発明のビーコン局の受信エリアとクライアント局の受信エリアを示す図である。 従来のビーコン局の受信エリアとクライアント局の受信エリアを示す図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ 車両
１１ 無線通信部
１２ 車両制御装置
１３ アンテナ
１４ アッテネータ
２２ 無線通信部
２３ 制御部
２４ メモリ
２５ 車両インターフェイス

Claims (4)

1. 複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムであって、各グループでは、１つの移動体を制御フレームを送信する状態の移動体とし、残りの移動体を制御フレームを送信しない状態の移動体とし、各グループの制御フレームを送信する状態の移動体は周囲に存在する他グループの制御フレームを送信する状態の移動体から送信される制御フレームを受信して自グループの同期合わせを行い、自グループの各制御フレームを送信しない状態の移動体に制御フレームを送信して前記各制御フレームを送信しない状態の移動体の情報フレームの送信タイミングを設定する無線通信システムにおいて、
   制御フレームを送信する状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力に対し制御フレームを送信しない状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力を低く設定し、
   前記制御フレームを送信しない状態の移動体は、無線通信装置とアンテナとの間にアッテネータを有し、
   前記制御フレームを送信する状態の移動体の受信エリアである前記制御フレームを送信する状態の移動体を中心とする半径Ｌの円に対し、前記制御フレームを送信しない状態の移動体と前記制御フレームを送信する状態の移動体との距離ｒとして、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の受信エリアが前記制御フレームを送信しない状態の移動体を中心とする半径（Ｌ−ｒ）の円となって前記半径Ｌの円に内接するよう、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の前記アッテネータの減衰量を設定することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   前記アッテネータの減衰量は、電波の波長をλとすると、２０×ｌｏｇ（４πｒ／λ）で表されることを特徴とする無線通信システム。
3. 複数の移動体間で無線通信を行って構成されるグループが複数形成される無線通信システムであって、各グループでは、１つの移動体を制御フレームを送信する状態の移動体とし、残りの移動体を制御フレームを送信しない状態の移動体とし、各グループの制御フレームを送信する状態の移動体は周囲に存在する他グループの制御フレームを送信する状態の移動体から送信される制御フレームを受信して自グループの同期合わせを行い、自グループの各制御フレームを送信しない状態の移動体に制御フレームを送信して前記各制御フレームを送信しない状態の移動体の情報フレームの送信タイミングを設定する無線通信システムで用いられ、他の移動体と同期合わせを行う制御フレームを送信する状態と送信しない状態とを切り替える手段を有する移動体において、
   制御フレームを送信する状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力に対し、制御フレームを送信しない状態の移動体の受信感度と送信電力である通信能力を低く設定し、
   無線通信装置とアンテナとの間にアッテネータを有し、
   前記制御フレームを送信する状態の移動体の受信エリアである前記制御フレームを送信する状態の移動体を中心とする半径Ｌの円に対し、前記制御フレームを送信しない状態の移動体と前記制御フレームを送信する状態の移動体との距離ｒとして、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の受信エリアが前記制御フレームを送信しない状態の移動体を中心とする半径（Ｌ−ｒ）の円となって前記半径Ｌの円に内接するよう、前記制御フレームを送信しない状態の移動体の前記アッテネータの減衰量を設定することを特徴とする移動体。
4. 請求項３記載の移動体において、
   前記制御フレームを送信しない状態の移動体の前記アッテネータの減衰量は、電波の波長をλとすると、２０×ｌｏｇ（４πｒ／λ）で表されることを特徴とする移動体。

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