JP4876964B2 - 通信端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体に搭載され、移動速度又は通信チャネルの使用率に基づいて、送信電力、送信電力可変の周期を制御する通信端末装置に関する。

安全運転を目的とした車車間通信に関する技術として、各スロットの状況を周辺端末との間で交換することで、送信機会の確保を実現する通信方法（例えば、非特許文献１参照。）が知られている。

また、通信トラヒック増加に伴う送信周期の制御に関する技術として、端末数変化に応じたＴＤＭＡスロット割り当て手法（例えば、非特許文献２参照。）が知られている。
牧戸、鈴木、原田、村松、"リアルタイム車車間通信のための自律分散型ＴＤＭＡプロトコルの提案"、マルチメディア・分散・協調とモバイル（ＤＩＣＯＭＯ２００６）シンポジウム、pp.97-100、２００６年７月 神崎、上向、原、西尾、"アドホックネットワークにおける端末数変化に応じたＴＤＭＡスロット割り当て手法"、情報処理学会論文誌、Vol.15 No.3

しかしながら、非特許文献１の通信方法では、各端末は送信時に、システムの総スロット数に比例したスロットの使用状況を表す情報をデータに付加して送信するため、システムの総スロット数を大きく設定しようとすると、それに伴って付加情報も膨大となり、効率が劣化するという問題点がある。

非特許文献２の手法では、端末の移動速度や制御周期の点から、安全への利用を想定した車車間通信では必ずしも適したものではない。また、この手法では、隣接端末間でのネゴシエーション（スロット割り当て情報の交換）が必要となるため、手続が複雑になるという問題点がある。更に、送信周期を変更すると、通信距離が短い端末に対しても、必要なタイミングで情報を送れないという問題点もある。

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、効率的に通信トラヒック量を減らすことにより、確実に情報を伝達できる通信端末装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明の通信端末装置は、移動速度を検出する移動速度検出手段と、前記移動速度検出手段により検出された移動速度に基づいて、送信電力を決定する送信電力決定手段と、前記送信電力決定手段により決定された送信電力で、所定周期毎にパケットを送信する送信手段と、を備えている。

第１の発明によれば、移動速度に基づいて通信トラヒック量を判断し、送信電力を可変制御することにより、効率的に通信トラヒック量を減らすことができる。

第２の発明の通信端末装置は、第１の発明の通信端末装置において、通信チャネルの使用率を算出するチャネル使用率算出手段を更に備え、前記送信電力決定手段は、前記チャネル使用率算出手段により算出されたチャネル使用率と前記移動速度検出手段により検出された移動速度とに基づいて、送信電力を決定する。

第２の発明によれば、移動速度だけでなく通信チャネルの使用率にも基づくため、より正確に通信トラヒック量を判断することができる。

第３の発明の通信端末装置は、移動速度を検出する移動速度検出手段と、前記移動速度検出手段により検出された移動速度に基づいて、パケット送信の基本周期の２以上の自然数倍の送信電力可変周期を決定する周期決定手段と、所定の送信電力で前記基本周期毎にパケットを送信し、前記周期決定手段により決定された送信電力可変周期毎に前記所定の送信電力より大きな電力でパケットを送信する送信手段と、を備えている。

第３の発明によれば、移動速度に基づいて通信トラヒック量を判断し、送信電力の可変周期を制御することにより、近くの受信端末にも遠くの受信端末にも効率的に情報を伝達することができる。

第４の発明の通信端末装置は、通信チャネルの使用率を算出するチャネル使用率算出手段と、前記チャネル使用率算出手段により算出された前記通信チャネル使用率に基づいて、パケット送信の基本周期の２以上の自然数倍の送信電力可変周期を決定する周期決定手段と、所定の送信電力で前記基本周期毎にパケットを送信し、前記周期決定手段により決定された周期毎に前記所定の送信電力より大きな電力でパケットを送信する送信手段と、を備えている。

第４の発明によれば、通信チャネルの使用率に基づいて通信トラヒック量を判断し、送信電力の可変周期を制御することにより、近くの受信端末にも遠くの受信端末にも効率的に情報を伝達することができる。

第５の発明の通信端末装置は、移動速度を検出する移動速度検出手段と、通信チャネルの使用率を算出するチャネル使用率算出手段と、前記移動速度検出手段により検出された移動速度と、前記チャネル使用率算出手段により算出された通信チャネル使用率とに基づいて、パケット送信の基本周期の２以上の自然数倍の送信電力可変周期を決定する周期決定手段と、所定の送信電力で前記基本周期毎にパケットを送信し、前記周期決定手段により決定された周期毎に前記所定の送信電力より大きな電力でパケットを送信する送信手段と、を備えている。

第５の発明によれば、移動速度及び通信チャネルの使用率に基づいて通信トラヒック量を判断するため、より適切に送信電力可変の周期を制御でき、近くの受信端末にも遠くの受信端末にも効率的に情報を伝達することができる。

以上説明したように、本発明によれば、効率的に通信トラヒック量を減らすことにより、確実に情報を伝達できるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る通信端末装置の主要構成を示すブロック図である。

通信端末装置は、通信端末装置が搭載された車両の移動速度を検出する車両速度検出部１３と、通信端末装置の通信チャネルの使用率を算出するチャネル使用率算出部１５と、移動速度又は通信チャネルの使用率に基づいて送信電力を決定する送信電力決定部１４と、移動速度又は通信チャネルの使用率に基づいて送信電力可変の周期を決定する送信周期決定部１６と、決定された送信周期及び送信電力に基づいて、送信アンテナ１１を介してパケットを送信する通信処理部１２と、を備えている。

上記通信端末装置は、自律分散型車車間通信プロトコルに対して、通信トラヒックを削減するための仕組みを組み込む。また、上記通信端末装置は、所定周期で繰り返されるフレームを構成する複数の時分割のスロットから何れか１つを選択し、選択したスロットを用いて周辺の通信端末装置に対してパケットを送信する。以下、通信トラヒックを削減するための好ましい実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態では、通信端末装置の移動速度に基づいてパケットの送信電力を３段階（例えば、１００ｍＷ、１０ｍＷ、１ｍＷ）に可変制御することによって、通信トラヒックを削減する。

本実施の形態における通信端末装置の作用について、図２に示すフローチャートに沿って説明する。また、移動速度の高低の判断基準のため、予め第１の所定値Ｖ１及び第２の所定値Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）を設定しておく。

まず、ステップ１００では、車両速度検出部１３が通信端末装置が搭載された車両の車両速度を検出する。

ステップ１１０では、送信電力決定部１４が、車両速度がＶ１以下であるか否かを判定する。車両速度がＶ１より大きいときはステップ１３０に進む。車両速度がＶ１以下のときはステップ１２０に進み、送信電力決定部１４が小さな送信電力（１ｍＷ）を決定する。

このように、車両速度がＶ１以下であれば小さな送信電力が決定される。これは、車両速度が第１の所定値以下、つまり低速であれば、周辺の車両数が多いために通信トラヒックが増大している状況が想定され、また、他車両等との衝突までの時間的余裕があるために危険が少ないことに基づく。従って、小さな送信電力でパケットを送信することによって通信トラヒックを低減し、フレーム中の必要なスロットを確保する。

ステップ１３０では、送信電力決定部１４が、車両速度がＶ２以上であるか否かを判定する。車両速度がＶ２より小さいときはステップ１４０に進み、送信電力決定部１４が中位の送信電力（１０ｍＷ）を決定する。車両速度がＶ２以上のときはステップ１５０に進み、送信電力決定部１４が大きな送信電力（１００ｍＷ）を決定する。

このように、車両速度がＶ２以上であれば大きな送信電力が決定される。これは、車両速度が第２の所定値以上、つまり高速であれば、周辺の車両が少ないため通信トラヒックが低減している状況が想定され、また、他車両等との衝突までの時間的余裕がないために危険が大きいことに基づく。従って、大きな送信電力でパケットを送信することによって、遠くの車両まで確実にパケットを伝達する。

この結果、車両速度が低速（車両速度≦Ｖ１）の場合には小さな送信電力（１ｍＷ）、車両速度が中位（Ｖ１＜車両速度＜Ｖ２）の場合には中位の送信電力（１０ｍＷ）、車両速度が高速（Ｖ２≦車両速度）の場合には大きな送信電力（１００ｍＷ）が決定される。

最後に、ステップ１６０では、通信処理部１２が、決定された送信電力で送信アンテナ１１を介してパケットを送信する。

以上のように、第１の実施の形態に係る通信端末装置は、車両速度に基づいて通信トラヒック量を判断して送信電力を決定することによって、効率的に通信トラヒック量を削減することができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態では、通信端末装置の移動速度と通信チャネルの使用率とに基づいてパケットの送信電力を３段階（例えば、１００ｍＷ、１０ｍＷ、１ｍＷ）に可変制御することによって、通信トラヒックを削減する。

ここで、通信チャネルの使用率の算出は、チャネル使用率算出部１５が一定時間（例えば、一周期）通信チャネルの使用状況を観測することによって算出される。

通信方式がＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式であれば、キャリアを観測し、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式であれば、フレーム情報を使用する。

ＣＳＭＡ方式の場合、キャリアが観測された時間（Ｔｃ）と空き時間（Ｔｅ）との割合をチャネル使用率ξとすると、式（１）で算出される。

ξ ＝ Ｔｃ／（Ｔｃ＋Ｔｅ） ・・・ （１）
ＴＤＭＡ方式の場合、フレーム中の未使用のスロットの割合をチャネル使用率ξとする。

本実施の形態における通信端末装置の作用について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。また、移動速度の高低の判断基準のため、予め第１の所定値Ｖ１及び第２の所定値Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）を、通信チャネルの使用率の高低の判断基準のため、予め第１の所定値ξ１及び第２の所定値ξ２（ξ１＜ξ２）を設定しておく。

まず、ステップ２００では、チャネル使用率算出部１５が通信端末装置の通信チャネルの使用率を算出し、ステップ２１０では、車両速度検出部１３が通信端末装置が搭載された車両の車両速度を検出する。

ステップ２２０では、送信電力決定部１４が、チャネル使用率がξ２以上であるか否かを判定する。チャネル使用率がξ２より小さいときはステップ２３０に進み、チャネル使用率がξ２以上のときはステップ２５０に進む。

ステップ２３０では、送信電力決定部１４が、チャネル使用率がξ１以下であるか否かを判定する。チャネル使用率がξ１より大きいときはステップ２６０に進む。チャネル使用率がξ１以下のときはステップ２４０に進んで、送信電力決定部１４が大きな送信電力（１００ｍＷ）を決定する。

このように、チャネル使用率が第１の所定値ξ１以下、かつ車両速度が第２の所定値Ｖ２以上であれば大きな送信電力を決定する。これは、上述のように車両速度が高速である上に、通信チャネルがあまり使用されていなければ、より確実に通信トラヒックが低減していることに基づく。従って、大きな送信電力でパケットを送信することによって、速く確実に伝達する。

ステップ２５０では、送信電力決定部１４が、車両速度がＶ１以下であるか否かを判定する。車両速度がＶ１より大きいときはステップ２６０に進む。車両速度がＶ１以下のときはステップ２８０に進んで、送信電力決定部１４が小さな送信電力（１ｍＷ）を決定する。

このように、通信チャネルの使用率が第２の所定値ξ２以上かつ車両速度が第１の所定値Ｖ１以下であれば小さな送信電力を決定する。これは、上述のように車両速度が低速である上に、通信チャネルが多く使用されていれば、より確実に通信トラヒックが増大していることに基づく。従って、小さな送信電力でパケットを送信することによって通信トラヒックを低減する。

また、車両速度がＶ１以下であっても、通信チャネルの使用率がξ２より小さければ、小さな送信電力とはしない。これは、車両速度が低速であっても、通信チャネルがあまり使用されていない場合は、通信トラヒックは増大していないことに基づく。

ステップ２６０では、送信電力決定部１４が、車両速度がＶ２以上であるか否かを判定する。車両速度がＶ２より小さいときはステップ２４０に進んで、送信電力決定部１４が大きな送信電力（１００ｍＷ）を決定する。車両速度がＶ２以上のときはステップ２７０に進んで、送信電力決定部１４が中位の電力（１０ｍＷ）を決定する。

この結果、図４に示すように、チャネル使用率がξ１以下のとき又は車両速度がＶ２以上のときには大きな送信電力（１００ｍＷ）、チャネル使用率がξ２以上かつ車両速度がＶ１以下のときは小さな送信電力（１ｍＷ）、その他のときは中位の送信電力（１０ｍＷ）が決定される。

最後に、ステップ２９０では、通信処理部１２が、決定された送信電力で送信アンテナ１１を介してパケットを送信する。

以上のように、第２の実施の形態に係る通信端末装置は、通信チャネルの使用率と車両速度とに基いて、より適切な送信電力を決定してパケットを送信することによって、効率的に通信トラヒック量を削減することができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態では、通信端末装置の移動速度と通信チャネルの使用率とに基づいて、パケット送信の基本周期基本周期の２以上の自然数倍の送信電力可変周期を決定し、基本周期毎に小さな送信電力でパケットを送信し、送信電力可変周期毎に大きな送信電力でパケットを送信することによって通信トラヒックを削減する。

ここで、送信電力可変の周期制御は、以下のように行う。従来は、一定周期（例えば、１００msec）で一定の送信電力でパケットを送信していたが、送信電力を複数の段階で制御可能とし、送信電力を周期毎に変更してパケットを送信するよう制御する。

これは、パケット送信の基本周期毎に近くの通信相手に対して小さな送信電力で送信し、何回かに１回毎に遠くの通信相手に対して大きな送信電力で送信する方法である。大きな送信電力で送信する周期を可変制御することにより、近くの通信相手及び遠くの通信相手との通信をコントロールする。

図５は、送信電力を大小の２段階で制御し、パケット送信の基本周期（例えば、１００msec）の２回に１回の割合で電力を変更する例を示す。これは一例であり、送信電力の大きさを複数段階に変更したり、また送信電力を変更する周期を複数段階に伸縮するように制御してもよい。

本実施の形態における通信端末装置の作用について、図６に示すフローチャートに沿って説明する。また、移動速度の高低の判断基準のため、予め第１の所定値Ｖ１及び第２の所定値Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）を、通信チャネルの使用率の高低の判断基準のため、予め第１の所定値ξ１及び第２の所定値ξ２（ξ１＜ξ２）を設定しておく。

まず、ステップ３００では、チャネル使用率算出部１５が通信端末装置の通信チャネルの使用率を算出し、ステップ３１０では、車両速度検出部１３が通信端末装置が搭載された車両の車両速度を検出する。

ステップ３２０では、チャネル使用率算出部１５が、チャネル使用率がξ２以上であるか否かを判定する。チャネル使用率がξ２より小さいときはステップ３３０に進み、チャネル使用率がξ２以上のときはステップ３８０に進む。

ステップ３３０では、送信周期決定部１６がチャネル使用率がξ１以下であるか否かを判定する。チャネル使用率がξ１より大きいときは送信電力可変の周期は現行のままとし、チャネル使用率がξ１以下のときはステップ３４０に進む。

ステップ３４０では、送信周期決定部１６が、車両速度がＶ２以上か否かを判定する。車両速度がＶ２より小さいときは送信電力可変の周期は現行のままとし、車両速度がＶ２以上のときはステップ３５０に進む。

ステップ３５０では、送信周期決定部１６が、現行周期が最短周期であるか否かを判定する。現行周期が最短周期である場合はステップ３６０に進み、基本周期毎に大きな送信電力で送信するように固定する。現行周期が最短周期でない場合はステップ３７０に進み、送信電力可変の周期を一段階縮める。

このように、通信チャネルの使用率がξ１以下かつ車両速度がＶ２以上であれば送信電力可変の周期を縮める。即ち、車両速度が高速、かつ通信チャネルがあまり使用されていなければ、通信トラヒックが低減している。このため、遠くの通信相手を想定した大きな送信電力による送信の頻度を上げるように制御する。

ステップ３８０では、送信周期決定部１６が、車両速度がＶ１以下であるか否かを判定する。車両速度がＶ１より大きいときは送信電力可変の周期は現行のままとし、車両速度がＶ１以下のときはステップ３９０に進む。

ステップ３９０では、送信周期決定部１６が、現行周期が最長周期であるか否かを判定する。現行周期が最長周期である場合はステップ４００に進み、基本周期毎に小さな送信電力で送信するように固定する。現行周期が最長周期でない場合はステップ４１０に進み、送信電力可変の周期を一段階伸ばす。

このように、チャネル使用率がξ２以上かつ車両速度がＶ１以下であれば送信電力可変の周期を伸ばす。即ち、車両速度が低速、かつ通信チャネルが多く使用されていれば、通信トラヒックが増大していると判断されるため、遠くの通信相手を想定した大きな送信電力による送信の頻度を下げるように制御する。

図７は、このように制御された場合の送信電力の周期遷移の一例を示す。図７では、図６のステップ４１０で周期を伸ばすと判定された場合には送信電力可変の周期を２倍にし、図６のステップ３７０で周期を縮めると判定された場合には大きな送信電力で送信する周期を半分にする。また、最短周期（図７の周期１）の場合に、更に周期を縮めると判定された場合には、これ以上周期は縮めずに送信電力を１段階上の電力に固定する。最長周期（図７の周期ｎ）の場合に更に周期を伸ばすと判定された場合には、これ以上周期は伸ばさずに送信電力を１段階下の電力に固定する。

最後に、ステップ４２０では、通信処理部１２が、基本周期毎に小さな送信電力で、決定された送信電力可変の周期毎に大きな送信電力で、送信アンテナ１１を介してパケットを送信する。

以上のように、第３の実施の形態に係る通信端末装置は、通信チャネルの使用率と車両速度とに基づいて、基本周期毎に小さな送信電力でパケット送信しながら何回かに１回毎に大きな送信電力でパケット送信する。これによって、近くの通信相手に対しては小さな送信電力で、遠くの通信相手に対しては大きな送信電力でパケット送信するようコントロールすることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用できる。例えば、移動速度のみに基づいて、或いは通信チャネルの使用率のみに基づいて、送信電力可変周期を決定する実施の形態も可能である。

本発明の実施の形態に係る通信端末装置の主要構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る通信端末装置の作用の流れを示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る通信端末装置の作用の流れを示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る通信端末装置の送信電力の決定方法を示す図である。 送信電力を２段階で２回に１回変更する例を示す図である。 第３の実施の形態に係る通信端末装置の作用の流れを示すフローチャートである。 送信電力の周期遷移の例を示す図である。

符号の説明

１１ 送信アンテナ
１２ 通信処理部
１３ 車両速度検出部
１４ 送信電力決定部
１５ チャネル使用率算出部
１６ 送信周期決定部

Claims (3)

1. 移動速度を検出する移動速度検出手段と、
   前記移動速度検出手段により検出された移動速度に基づいて、パケット送信の基本周期の２以上の自然数倍の送信電力可変周期を決定する周期決定手段と、
   所定の送信電力で前記基本周期毎にパケットを送信し、前記周期決定手段により決定された送信電力可変周期毎に前記所定の送信電力より大きな電力でパケットを送信する送信手段と、
   を備えた通信端末装置。
2. 通信チャネルの使用率を算出するチャネル使用率算出手段と、
   前記チャネル使用率算出手段により算出された前記通信チャネル使用率に基づいて、パケット送信の基本周期の２以上の自然数倍の送信電力可変周期を決定する周期決定手段と、
   所定の送信電力で前記基本周期毎にパケットを送信し、前記周期決定手段により決定された周期毎に前記所定の送信電力より大きな電力でパケットを送信する送信手段と、
   を備えた通信端末装置。
3. 移動速度を検出する移動速度検出手段と、
   通信チャネルの使用率を算出するチャネル使用率算出手段と、
   前記移動速度検出手段により検出された移動速度と、前記チャネル使用率算出手段により算出された通信チャネル使用率とに基づいて、パケット送信の基本周期の２以上の自然数倍の送信電力可変周期を決定する周期決定手段と、
   所定の送信電力で前記基本周期毎にパケットを送信し、前記周期決定手段により決定された周期毎に前記所定の送信電力より大きな電力でパケットを送信する送信手段と、
   を備えた通信端末装置。