JP4894818B2 - 無線通信装置及び車車間通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置、及び、無線通信装置が搭載された車両の複数からなる車車間通信システムに関する。

近年、自動車等の車両に無線通信装置を搭載し、無線通信装置を通じて車両間で、車両の位置情報等を交換することにより、車両の安全性を高めたり、交通の流れを円滑にする技術の開発が行われている。

例えば、従来技術としては、先行車両から後続車両に、車両の走行状況に関する情報を転送したり、後続車両から先行車両に、車両の走行状況に関する情報を転送することによって、車両の走行状況に関する情報を車両間で共有し、車間距離の短縮や走行速度の向上を図り、渋滞の解消や道路の利用効率の向上を図る技術が知られている（特許文献１参照）。

この他、従来技術としては、直接通信することができない車両に対してデータを送信する場合に、他車両を中継装置として利用することで通信可能エリアを拡張し、当該車両に対してデータを送信する技術が知られている（特許文献２参照）。

交差点では、高層建造物等が電波障害物となって交差する道路間を走行する車両間で、直接通信を行うことができず、直接通信では互いの存在を認識することができない場合があるが、この場合に、他車両に搭載された無線通信装置を中継装置として活用すると、直接通信では通信することができない車両間でデータ交換をすることができて、互いの車両の存在を認識することができ、車両の安全確保に大変役立つ。
特開平７−１１５４０５号公報 特開２００７−２５８８９８号公報

ところで、他車両の無線通信装置を中継装置として利用して、ある車両から送信されたデータを別の車両に送信する場合には、直接通信と比較して、データの中継をしなければならない分、無線通信装置間でのデータ送受信の回数が増えて、通信トラフィックが増大する。

このような通信トラフィックの増大は、過度になると、データ伝送の遅延を招くため、車両間で互いの車両の認識が遅れがちになり、車両の安全性が低下するといった問題が生じる。

例えば、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｃｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式による無線通信では、複数の無線通信装置間で、共通する回線（チャンネル）を用いて無線通信を行うため、ある車両がデータを送信している場合、他の車両は、その車両のデータ送信が終わるまで、自身の送信対象データを外部に送信することができない。換言すると、このような通信方式においては、単位時間当たりに送受信できるデータの量に、一定度の限界がある。

このため、各車両の無線通信装置が中継装置として機能して、データ転送動作の回数が増大すると、その影響を受け、各車両において円滑にデータを送受信することができなくなってしまうのである。

このような問題は、当然のことながら無線通信装置によるデータ転送動作を減らすことで解消することができるが、やみくもにデータの転送動作を減らすと、直接通信することのできない車両間でのデータ交換が円滑に行われず、互いの認識が遅れたり、認識そのものができなり、車両の安全性を確保することが難しくなってしまう。

特に、車両の衝突回避のためには、衝突の危険性のある直接通信することのできない車両間での通信を適切に行うことが重要であるのに対し、従来技術では、このような衝突の危険性のある車両に対して、通信トラフィックの増大を抑えつつ、適切にデータを転送するのが難しいといった問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、通信トラフィックの増大によるデータ伝送の遅延を抑えつつも、直接通信できない車両間の通信を、他の無線通信装置を中継装置として利用することで実現し、これによって、車両の安全を確保することが可能な技術を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、車載型の無線通信装置であって、予め定められた周期的に到来する複数のタイムスロットの中から、現在時刻に対応するタイムスロットを判別するタイムスロット判別手段と、タイムスロット判別手段の判別結果に従い、自装置を発信源とする送信対象のデータを、予め定められた直接通信用のタイムスロットに対応する時刻に送信するデータ送信手段と、タイムスロット判別手段の判別結果に従い、外部の無線通信装置から受信した外部の無線通信装置を発信源とする転送対象のデータを、直接通信用のタイムスロットとは異なるタイムスロットとして予め定められた中継通信用のタイムスロットに対応する時刻に送信する中継手段と、を備え、自装置を発信源とする送信対象のデータ及び外部の無線通信装置を発信源とする転送対象のデータの夫々を、各データに対して個別に設けられたタイムスロットを通じて送信する構成にされたものである。

更に、本発明の無線通信装置は、当該装置の搭載された自車両が予め定められた中継可能エリアに存在するか否かを判定するエリア判定手段と、エリア判定手段によって自車両が中継可能エリアに存在すると判定されている期間には、中継手段による転送対象のデータの送信動作を許可し、エリア判定手段によって自車両が中継可能エリアに存在しないと判定されている期間には、中継手段による転送対象のデータの送信動作を禁止する転送制御手段と、を備え、転送対象のデータの送信動作（転送動作）を自車両が中継可能エリアに存在すると判定された場合に限って実行する構成にされている。

このように構成された無線通信装置によれば、自装置を発信源とする送信対象のデータ及び外部の無線通信装置を発信源とする転送対象のデータの夫々を、各データに対して個別に設けられたタイムスロットを通じて送信するので、無線通信装置を搭載した車両が密集して、直接通信用のタイムスロットを通じた送信動作の回数が増大しても、それによって、転送動作が遅延することがなく、転送動作を円滑に行うことができる。

即ち、本発明の無線通信装置では、自装置を発信源とする送信対象のデータ及び外部の無線通信装置を発信源とする転送対象のデータの送信タイミングをタイムスロットによって制御しない従来装置と比較して、転送動作を優先的に実行することができるので、直接通信による通信トラフィックの増大により、直接通信することのできない車両間で送受信されるべきデータの中継が滞ることがなく、直接通信することのできない視覚的にも電波的にも死角となっている車両間のデータ通信が遅れることで、車両の衝突危険性が高まるのを防止することができる。

また、本発明の無線通信装置では、中継通信用のタイムスロットにおける通信トラフィックが増大するのを抑えるために、中継手段による転送動作を車両が中継可能エリアに存在する場合に限って許可するようにした。

例えば、交差点に異なる方向から進入する二つの車両Ａ，Ｂがあり、車両Ａ，Ｂでは、電波障害物等の影響により直接通信することができない状況を考える。このとき、車両Ａに隣接する車両Ｃに、車両Ａから送信されたデータを転送させても、車両Ｃと車両Ａとの位置は、さほどかわらないことから、車両Ｃによって転送されたデータが車両Ｂに届く可能性は低い。よって、この場合には、車両Ｃにデータを転送させても、無駄に通信トラフィックが増大することになる。一方、見通しのいい交差点の中心付近に車両Ｄが存在する場合、車両Ｄは、車両Ｃと比較して、車両Ｂと通信できる可能性が高いと言える。

即ち、衝突回避を目的として、交差点に異なる方向から進入する車両間のデータ授受を可能とするには、交差点中心付近に存在する車両にデータを中継させたほうが、車両Ａ，Ｂ間でのデータ授受が成功する可能性が高まり、効率的に、データを転送することができる。

そこで、本発明では、このような効率的にデータを転送できるエリアを「中継可能エリア」として設定することで、直接通信することのできない死角に位置する車両に対して、通信トラフィックの増大を抑えつつ、適切にデータを転送できるようにしている。

このように、本発明の無線通信装置によれば、直接通信と中継通信とが干渉しないようにタイムスロットを夫々に対して独立して設け、更に、転送動作の実行エリアを、予め定められた中継可能エリアに限定しているので、不要な転送動作によって通信トラフィックが増大してデータ伝送に遅延が生じるのを防止しつつも、衝突回避を目的とした転送動作を適切に行うことができ、従来と比較して、車両の安全性を高めることができる。

従って、本発明の無線通信装置を複数の車両の夫々に搭載し、車両間でデータを授受する車車間通信システムを構成すれば、交差点付近等での死角による衝突の危険性を従来よりも抑制することができて、車両の安全性に優れたシステムを構成することができる（請求項７）。

ところで、中継可能エリアは、交差点を基点とした所定範囲内のエリア（例えば、所定半径内のエリア）に定めることができる。即ち、無線通信装置は、交差点毎に定められた中継可能エリアに自車両が存在するか否かを判定して、当該エリアに存在する場合に限って、データの転送動作を実行する構成にすることができる（請求項２）。尚、ここでいう交差点とは、二本以上の道路が交わる地点のことをいい、合流地点等も含むものとする。

このように中継可能エリアを設定すれば、交差点付近での車車間通信を適切に実行することができ、交差点付近での衝突回避を、無線通信により適切に実現できる。
尚、このような動作を実現するためには、無線通信装置に、中継可能エリアを定めた地図データを記憶させると共に、ＧＰＳ受信機等の位置検出器を設けて、位置検出器が示す現在位置と地図データが示す中継可能エリアとを比較することにより、中継可能エリアに自車両が存在するか否かを判定するように、エリア判定手段を構成すればよい。

また、中継可能エリアであるか否かの判定基準は、空間（位置座標）で定められる必要はなく、例えば、車両の運動状態によって定められてもよい。車両が停止した場合や車両が減速や徐行した場合には、車両が見通しの悪い交差点等に進入していると推定できるので、車両の運動状態がある状態となったときに、車両が中継可能エリアに存在すると判定して、転送動作を許可するように、転送制御手段を構成しても、交差点付近での衝突回避を、無線通信により適切に実現できる。

また、中継手段は、転送対象のデータの送信動作を、予め設定された確率で実行する構成にされるのがよく、当該無線通信装置には、更に、中継通信用のタイムスロットにおいて外部の無線通信装置から出力される搬送波の信号を検出することによって、当該中継通信用のタイムスロットを通じた外部の無線通信装置による通信量を算出する通信量算出手段と、通信量算出手段の算出結果に従い、中継手段に対して上記確率を設定する設定手段と、を設けるのがよい。

即ち、設定手段は、通信量算出手段によって算出された通信量を指標に、中継手段に設定する確率を決定する構成にされるとよい（請求項３）。具体的に、設定手段は、通信量算出手段によって算出される通信量が大きくなるにつれて、中継手段に、上記確率として、低い値を設定する構成にすることができる（請求項４）。

衝突回避を目的として車車間通信する場合には、各車両に搭載された無線通信装置から、車両の位置情報等を含んだデータを定期的に送信することになるが、それらを全て転送対象のデータとして転送すると、車両が密集している場合に、中継通信用のタイムスロットにおける通信トラフィックが増大して、データ転送を円滑に行うことができなくなる可能性がある。

一方、この種のシステムでは、転送対象のデータを一部間引いて転送しないようにしても、各車両では、送信されてきたデータに基づき、時間分解能は低くなるものの、周辺車両の位置等を把握することができる。換言すると、この種のシステムでは、転送対象のデータを全て転送することで、データ伝送に遅延が生じるよりも、確率的に転送対象のデータの一部が間引いたほうが、周辺車両の位置認識に、悪影響が及びにくい。

このような理由から、本発明では、中継通信用のタイムスロットにおける通信量（通信トラフィック）に応じて上記確率を設定することにより、転送対象のデータを一部間引いて転送しないようにし、通信トラフィックが過度に上昇しないようにしている。

このように構成された無線通信装置によれば、車両（無線通信装置）の密集度が高い場合にも、適切に転送対象のデータを、転送することができて、衝突回避に大変役立つ。
また、上述の無線通信装置には、送信対象のデータとして、自車両の現在位置を表す車両データを生成する車両データ生成手段と、外部の無線通信装置から受信した車両データに基づき、当該車両データの送信元車両の走行レーンが自車両の走行レーンと同一であるか否かを判定するレーン判定手段と、を設けるのがよい。

そして、中継手段は、外部の無線通信装置から受信した車両データの内、レーン判定手段によって送信元車両の走行レーンが自車両と同一ではないと判定された車両データを、転送対象のデータとして選択的に、中継通信用のタイムスロットに対応する時刻に送信する構成にされるとよい（請求項５）。

衝突する危険性は、同一レーンを走行する車両間よりも、異なるレーンを走行する車両間のほうが高いので、同一レーンを走行する車両によって車両データを転送するよりも、異なるレーンを走行する車両によって車両データを転送したほうが、中継通信量を抑えつつも、衝突危険性のある車両に対して効率的にデータを転送することができる。

また、上述した発明は、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｃｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式にて無線通信する無線通信装置に適用することができる（請求項６）。ＣＳＭＡ方式では、共通する搬送波（回線）を使用して、複数の無線通信装置間で通信を行うため、無線通信装置の密集度が高くなると、通信の衝突を回避するための待機時間が長くなって、円滑にデータに送ることができなくなるが、上述の発明によれば、そのような問題を極力回避して、円滑にデータを送信することができる。

以下、本発明の実施例について、図面と共に説明する。図１は、無線通信システム１の構成を表す説明図である。本実施例の無線通信システム１は、無線通信装置１００が搭載された複数の車両１０によって構成され、交差点における衝突回避を目的として、無線通信装置１００を通じ、車両の位置等を記述した車両データ（図４（ａ）参照）を、車両間で授受する車車間通信システムである。

但し、車両データを授受して衝突を回避しようとしても、車両間で直接通信する程度では、交差する道路を挟むエリアに存在する建造物Ｈ等が電波障害物となって、車両データを車両間で適切に授受することができない可能性がある。そこで、本実施例の無線通信システム１では、無線通信装置１００で受信した車両データを再出力（転送）することにより、直接通信では不可能な車両間での車両データの授受を実現する（図１参照）。

以下では、他の無線通信装置を介さずに実現される二つの無線通信装置間の通信を「直接通信」と表現し、他の無線通信装置による中継（転送）動作により実現される無線通信装置間の通信を「中継通信」と表現する。

本実施例の無線通信システム１を構成する無線通信装置１００は、具体的に、図２に示す構成にされている。図２は、無線通信装置１００の構成を表すブロック図である。図２に示す無線通信装置１００は、ナビゲーション装置としての機能を備えるものであり、装置全体を統括制御する制御部１１０と、通信部１２０と、位置検出器１３０と、表示装置１４０と、操作スイッチ群１５０と、地図データ入力器１６０と、音出力部１７０と、を備える。

通信部１２０は、他の無線通信装置１００が備える通信部１２０と無線通信可能な通信インタフェースとして構成されたものであり、制御部１１０と協働して、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｃｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式による無線通信を実現する。

ＣＳＭＡ方式では、周知のように、キャリアセンスを行って、回線が予めランダムに設定された待ち時間以上継続して空いていることを確認してからデータを送信する。本実施例の無線通信システム１では、このような方式で、無線通信する。

一方、位置検出器１３０は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）用の人工衛星からの送信電波（ＧＰＳ信号）を、ＧＰＳアンテナを介して受信して、現在地の緯度・経度及び自車両の速度及び進行方位（方向）を検出するＧＰＳ受信機１３１と、自車両に加えられる回転運動の大きさを検出するジャイロスコープ１３３と、自車両の走行距離を検出する距離センサ１３５と、地磁気から車両の進行方位を検出する地磁気センサ１３７とを備え、これらの検出信号を、制御部１１０に入力する構成にされている。

また、表示装置１４０は、液晶モニタ等により、カラー表示装置として構成されている。この表示装置１４０は、制御部１１０に制御され、現在位置周囲の地図や、ユーザから指定された目的地までの経路等を画面上に表示する他、自車両が交差点に接近すると、交差点周囲の拡大地図を画面上に表示すると共に、この拡大地図に重ねるようにして、周辺車両の位置を表すマークを、画面上に表示する。

また、操作スイッチ群１５０は、表示装置１４０と一体に構成されたタッチパネルと、表示装置１４０の周囲に設けられたメカニカルなキースイッチと、から構成され、ユーザインタフェースとして機能する。

その他、地図データ入力器１６０は、図示しない記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ハードディスク等）に記憶された地図データを制御部１１０に入力するものである。記憶媒体には、地図データとして、道路の接続関係を表すデータ（リンクデータ及びノードデータ）、地形データ、施設データ等が記憶され、更には、経路案内用の音声データ等が記憶されている。尚、この地図データにおいては、交差点の位置座標がノードデータとして記述されている。

また、音出力部１７０は、スピーカやアンプを備え、制御部１１０に制御されて、目的地までの経路に係る案内音声等を出力する。また、制御部１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１３、及び、ＲＡＭ１１５を備え、ＲＯＭ１１３が記憶するプログラムをＣＰＵ１１１にて実行することにより、地図表示機能や経路案内機能、車両データ送信機能等の各種機能を実現する。

例えば、制御部１１０は、位置検出器１３０から入力される検出信号に基づいて自車両の位置及び速度及び進行方位を特定し、特定した自車両の位置及び速度及び進行方位の情報を記述してなる車両データ（図４（ａ）参照）を生成する。そして、生成した車両データを、通信部１２０を通じ、外部に送信（ブロードキャスト）する。尚、車両データについての詳細は、後述する。

また、制御部１１０は、通信部１２０を通じて外部の無線通信装置１００から受信した車両データに基づき、自車両周辺にいる車両の位置を特定し、自車両が交差点に接近すると、表示装置１４０に、交差点周囲の拡大地図を画面に表示させると共に、周辺車両の位置を表すマークを、拡大地図上に表示させる。また、自車両との衝突の危険が高い車両が存在するか否かを判断し、存在すると判断した場合には、音出力部１７０を通じて、警報を出力する。

この他、制御部１１０は、周知のナビゲーション装置と同様、自車両周囲の地図を、表示装置１４０の画面上に表示すると共に、車両乗員から操作スイッチ群１５０を通じて入力された目的地までの経路を探索して、当該目的地までの経路を表示装置１４０の画面上に表示する。このような表示によって、目的地までの経路を、車両乗員に案内する。

ところで、制御部１１０は、ＲＯＭ１１３に記録されたプログラムに基づきＣＰＵ１１１にて図３に示す送信制御処理を実行することにより、車両データの送信機能を実現する。図３は、制御部１１０が、無線通信装置１００の起動後、繰返し実行する送信制御処理を表すフローチャートである。

送信制御処理を開始すると、制御部１１０は、まず、図４（ａ）に示す構成の車両データを生成する。具体的には、位置検出器１３０からの入力信号に基づいて特定した自車両の現在位置及び速度及び進行方位の情報と、当該データの生成時刻（現在時刻）の情報と、を含んだ車両データを生成する（Ｓ１１０）。

その後、制御部１１０は、この車両データを格納した通信パケットを生成する（Ｓ１２０）。生成される通信パケットには、ヘッダ部に、送信元情報として、当該無線通信装置１００に対して予め付与された車両ＩＤの情報が記述される。尚、本実施例においては、各無線通信装置１００に固有の車両ＩＤが付与されているものとする。

また、Ｓ１２０での処理を終えると、制御部１１０は、現在時刻が直接通信スロットに対応する時刻であるか否かを判断する（Ｓ１３０）。
ここで、タイムスロットについて、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）に示すように、本実施例においては、通信サイクルが定められており、通信サイクルに対応する１周期分の期間は、更に、複数のタイムスロットに分割されて定義されている。

具体的に、上記複数のタイムスロットとしては、ガードスロット、直接通信スロット、及び、中継通信スロットが定められており、ガードスロットは、データの送信を禁止する期間、直接通信スロットは、直接通信のみを許可する期間、中継通信スロットは、中継通信のみを許可する期間として定められている。尚、通信サイクルは、例えば、１００ミリ秒に設定される。

また、無線通信システム１では、ＧＰＳ衛星により刻時されＧＰＳ信号としてＧＰＳ衛星から送信されてくる時刻情報の時間軸（絶対時間）にて、通信サイクルの起点が定められており、無線通信装置１００は、ＧＰＳ受信機１３１にて特定された現在時刻の情報に基づき、通信サイクルの起点を特定し、無線通信システム１内の他の無線通信装置１００と共通する時間軸で同期動作して、タイムスロットを判別する。

即ち、本実施例においては、上述した通信サイクル及びタイムスロットが通信規約により定められ、各車両１０の無線通信装置１００が、この通信規約に従って動作する。制御部１１０は、ＧＰＳ受信機１３１により受信したＧＰＳ信号から現在時刻を特定し、Ｓ１３０にて、現在時刻が通信規約により定められる直接通信スロットに対応する時刻であるか否かを判断する。

そして、現在時刻が直接通信スロットに対応する時刻であると判断すると（Ｓ１３０でＹｅｓ）、Ｓ１４０に移行し、現在時刻が直接通信スロットに対応する時刻ではないと判断すると（Ｓ１３０でＮｏ）、直接通信スロットが到来するまで待機した後、Ｓ１４０に移行する。

また、Ｓ１４０に移行すると、制御部１１０は、通信部１２０を通じ、周知のＣＳＭＡ方式と同様にして、キャリアセンスを行い、外部の無線通信装置１００が通信中であるか否かを判断する（Ｓ１４０）。

即ち、搬送波に対応する周波数帯の信号レベルを検出し、この信号レベルから、外部の無線通信装置１００が搬送波を出力している状態であるか否かを把握し、外部の無線通信装置１００が搬送波を出力している場合、又は、外部の無線通信装置１００が搬送波の出力を停止してから予め設定された待ち時間が経過していない場合には、外部の無線通信装置１００が通信中であると判断する（Ｓ１４０でＹｅｓ）。一方、上記以外の場合には、外部の無線通信装置１００が通信中ではないと判断する（Ｓ１４０でＮｏ）。

そして、外部の無線通信装置１００が通信中であると判断すると（Ｓ１４０でＹｅｓ）、Ｓ１３０に移行する。
一方、外部の無線通信装置１００が通信中ではないと判断すると（Ｓ１４０でＮｏ）、制御部１１０は、Ｓ１２０で生成した通信パケットを、通信部１２０を通じて外部に出力（ブロードキャスト）することによって、自車両の車両データを、自車両周囲に位置する通信圏内の車両１０に向けて送信する（Ｓ１５０）。その後、当該送信制御処理を一旦終了する。制御部１１０は、このような送信制御処理を繰返し実行する。

また、制御部１１０は、この送信制御処理と並列に、図５に示す受信中継処理を実行することにより、外部の無線通信装置１００から受信した車両データを自装置内に取り込むと共に、当該車両データを、送信元と直接通信できない車両に向けて転送する。図５は、制御部１１０が、ＣＰＵ１１１にて繰返し実行する受信中継処理を表すフローチャートである。

制御部１１０は、図５に示す受信中継処理を開始すると、まず、通信部１２０を通じて車両データを含むパケットを外部の無線通信装置１００から受信するまで待機し（Ｓ２１０）、当該パケットを受信したと判断すると（Ｓ２１０でＹｅｓ）、Ｓ２２０に移行して、当該受信したパケットに格納された車両データに基づき、当該パケットに対応するレコードを、ＲＡＭ１１５に記憶保持する車両データベース（ＤＢ）に登録する。

図６は、車両データベースの構成を表す説明図である。図６に示すように、車両データベースは、車両ＩＤと、車両ＩＤに対応する車両の位置、速度及び進行方位の情報と、当該位置等の検出時刻の情報と、を要素に含むレコードの一群からなる。

即ち、Ｓ２２０では、受信パケットのヘッダ部に記述された車両ＩＤを、パケット送信元車両の車両ＩＤとして認識して、この車両ＩＤを記述したレコードであって、受信パケットに含まれる車両データの生成時刻の情報を、検出時刻の情報として記述し、更に、当該車両データが示す位置・速度・進行方位の情報を記述してなるレコードを、車両データベースに登録する。

尚、本実施例では、今回受信したパケットの送信元車両と同一の車両ＩＤのレコードが既に車両データベースに登録されている場合にも、このレコードを保持したまま、今回受信したパケットについてのレコードを、車両データベースに追加登録する。

但し、変形例として、今回受信したパケットの送信元車両と同一の車両ＩＤのレコードが既に車両データベースに登録されている場合には、登録されている同一車両ＩＤのレコードに上書きするようにして、今回受信したパケットについてのレコードを、車両データベースに登録するようにしてもよい。本実施例では、後述するＳ２５０において、パケット送信元車両の走行レーンを、車両データベースに蓄積された情報に基づき判定するが、車両データベースで保持する情報の内容を変えても、Ｓ２５０での判定手法が変わる程度である。

Ｓ２２０での処理を終えると、制御部１１０は、自車両の現在位置及び自車両の走行レーンを特定する（Ｓ２３０）。走行レーンは、例えば、自車両の位置情報を所定時間蓄積しておき、それによって特定される自車両の軌跡及び進行方向と、地図データがリンクデータとして有する道路情報とを比較することで特定することができる。また、別の実施態様として、軌跡を求めることなく、自車両の現時点での位置及び進行方位の情報と、地図データとから、走行レーンを特定することも可能である。

また、Ｓ２３０での処理を終えると、制御部１１０は、自車両の現在位置の情報に基づいて、地図データが示す中継可能エリア内に、自車両が存在するか否かを判断する（Ｓ２４０）。

尚、本実施例では、地図データを構成するノードデータに、ノードの位置座標Ｏと、当該ノードデータに対応するノード周辺が中継可能エリアであるか否かを表すフラグと、ノードの位置座標Ｏを基点とした中継可能エリアの範囲を表す半径Ｒの情報とが記述されている。即ち、本実施例においては、中継可能エリアが、図７に示すように、位置座標Ｏと半径Ｒとによってノード（交差点）を中心とした円形の領域として定められている。

但し、本実施例においては、地図データに含まれる交差点の全てが中継可能エリアに定められている訳ではなく、電波障害物のある通信環境の悪い交差点が設計段階で設計者により選択され、この交差点周囲が中継可能エリアとして、上述したフラグにより地図データ内で定められている。

制御部１１０は、このような構成の地図データを用いて、Ｓ２４０で自車両が中継可能エリア内に存在するか否かを判断する。そして、自車両が中継可能エリア内に存在しないと判断すると（Ｓ２４０でＮｏ）、当該受信中継処理を一旦終了する。

一方、自車両が中継可能エリア内に存在すると判断すると（Ｓ２４０でＹｅｓ）、制御部１１０は、Ｓ２５０に移行し、今回受信したパケットの送信元車両が、自車両の走行レーンと同一レーンを走行しているか否かを判断する。

具体的には、今回受信したパケットに記述されている送信元車両の車両ＩＤに基づいて、車両データベースから、当該車両ＩＤのレコード群を読み出し、読み出したレコードの夫々が示す位置座標及び検出時刻の情報から特定される送信元車両の軌跡及び進行方向と、地図データが示す道路情報とを比較することで、送信元車両の走行レーンを特定し、パケットの送信元車両が、自車両の走行レーンと同一レーンを走行しているか否かを判断する。

尚、本実施例では、互いに反対車線の関係にあるレーンを判別すれば用が足りるので、
片側２車線以上の道路については、同一方向のレーン（車線）を、同じレーンと取り扱って、パケットの送信元車両が、自車両の走行レーンと同一レーンを走行しているか否かを判断する。

そして、パケットの送信元車両が、自車両の走行レーンと同一レーンを走行していると判断すると（Ｓ２５０でＹｅｓ）、当該受信中継処理を一旦終了し、パケットの送信元車両が、自車両の走行レーンと同一レーンを走行していないと判断すると（Ｓ２５０でＮｏ）、Ｓ２６０に移行する。

また、Ｓ２６０では、中継通信スロットの時間充填率Ｆを算出する。図８（ａ）は、時間充填率Ｆの算出方法に関する説明図である。
具体的には、キャリアセンスを行って、中継通信スロットに対応する期間に、搬送波が検出された時間（搬送波に対応する周波数帯の信号レベルが閾値以上となった時間）Ｔａを算出し、この時間Ｔａと中継通信スロットの時間Ｔｒとの比Ｔａ／Ｔｒから、時間充填率Ｆ＝Ｔａ／Ｔｒを算出する。

即ち、１周期分の中継通信スロットの全期間において搬送波が検出された場合には、時間充填率Ｆ＝１を算出し、中継通信スロットの全期間において搬送波が全く検出されなかった場合には、時間充填率Ｆ＝０を算出する。

尚、キャリアセンスを行って時間Ｔａを算出するまでの処理については、制御部１１０が、中間通信スロットが到来する度に、当該受信中継処理とは並列に実行する。そして、Ｓ２６０では、直前の中間通信スロットにおいて求められた時間Ｔａに基づいて、時間充填率Ｆを算出する。

また、時間充填率Ｆを算出し終えると、算出した時間充填率Ｆに基づいて、当該時間充填率Ｆに対応する中継確率Ｐを設定する。詳述すると、制御部１１０は、ＲＯＭ１１３に時間充填率Ｆと設定すべき中継確率Ｐとの対応関係を表すマップ（テーブル）を記憶しており、このマップが示す対応関係に従って中継確率Ｐを設定する（Ｓ２７０）。

図８（ｂ）は、時間充填率Ｆと設定すべき中継確率Ｐとの対応関係を表すマップをグラフ化した図である。図８（ｂ）に示す例によれば、制御部１１０は、時間充填率Ｆが、値α（例えば、α＝０．１５）未満であるとき、中継確率Ｐを最大値１に設定し、時間充填率Ｆが、値β（例えば、β＝０．２）以上であるとき、中継確率Ｐを最小値０に設定する。その他、時間充填率Ｆが値α以上値β未満であるときには、時間充填率Ｆが増加すると中継確率Ｐを減少させるようにして、中継確率Ｐを設定する。

また、Ｓ２７０の処理を終えると、制御部１１０は、値０以上値１未満の範囲で、乱数Ｍ（０≦Ｍ＜１）を生成し（Ｓ２８０）、Ｓ２７０で設定された中継確率Ｐが、Ｓ２８０で生成された乱数Ｍより大きいか否かを判断する（Ｓ２９０）。

そして、中継確率Ｐが乱数Ｍより大きいと判断すると（Ｓ２９０でＹｅｓ）、Ｓ３００に移行する。一方、中継確率Ｐが乱数Ｍ以下であると判断すると（Ｓ２９０でＮｏ）、Ｓ３００に移行せずに、当該受信中継処理を一旦終了する。

Ｓ３００に移行すると、制御部１１０は、現在時刻が中継通信スロットに対応する時刻であるか否かを判断し、中継通信スロットに対応する時刻である場合には（Ｓ３００でＹｅｓ）、Ｓ３１０に移行する。一方、中継通信スロットに対応する時刻でない場合には（Ｓ３００でＮｏ）、中継通信スロットが到来するのを待って、Ｓ３１０に移行する。

また、Ｓ３１０に移行すると、制御部１１０は、Ｓ１４０での処理と同様にして、外部の無線通信装置１００が通信中であるか否かを判断する。
そして、外部の無線通信装置１００が通信中であると判断すると（Ｓ３１０でＹｅｓ）、Ｓ３００に移行し、外部の無線通信装置１００が通信中ではないと判断すると（Ｓ３１０でＮｏ）、今回外部から受信したパケットを、通信部１２０を通じて外部に出力（ブロードキャスト）することによって、受信したパケットを、自車両周囲に位置する通信圏内の車両１０に向けて送信（転送）する（Ｓ３２０）。その後、当該受信中継処理を一旦終了する。

このようにして無線通信装置１００は、自車両が中継可能エリアに存在しないとき、受信パケットを転送せず、自車両が中継可能エリアに存在するときに限って、受信パケットを転送する。更にいえば、受信パケットの送信元車両が自車両と異なる道路又は異なるレーンを走行している場合に限って、受信パケットを転送する。また、転送時には、中継通信スロットを通じた外部の無線通信装置１００による通信量を、時間充填率Ｆで評価して、時間充填率Ｆに対応する確率（中継確率Ｐ）で、受信パケットを転送する。

制御部１１０は、このような内容の受信中継処理を、通信部１２０がパケットを受信する度に実行する。また、制御部１１０は、受信中継処理によって車両データベースに登録されたレコードに基づいて、自車両周辺にいる車両の位置を特定し、上述したように、自車両が交差点に接近すると、表示装置１４０に、交差点周囲の拡大地図を画面に表示させると共に、周辺車両の位置を表すマークを、拡大地図上に表示させる処理を実行する。また、制御部１１０は、車両データベースの情報を、車内ＬＡＮを通じて、自車両内に搭載された運転支援装置２００に提供し、運転支援装置２００に、周辺車両の分布に基づいた、衝突回避のための運転支援動作を実行させる。

以上、本実施例の無線通信装置１００及び無線通信装置１００が搭載された複数の車両１０からなる無線通信システム１の構成及び動作について説明したが、本実施例によれば、無線通信装置１００が、自装置を発信源とするパケットを、直接通信スロットを通じて送信し、外部の無線通信装置１００を発信源とする転送対象のパケットを、中継通信スロットを通じて送信するので、無線通信装置１００を搭載した車両が密集して、直接通信スロットでの通信トラフィックが増大しても、それによって中継通信スロットの通信トラフィックが増大することがなく、転送動作を円滑に行うことができる。

よって、本実施例によれば、直接通信による通信トラフィックの増大により、従来装置のように、直接通信することのできない車両間で送受信されるべきデータの中継が滞ることがなく、図１に示す右端の車両と下端の車両との関係に代表されるような、直接通信することのできない視覚的にも電波的にも死角となっている車両間のデータ通信が遅れることで、車両の衝突危険性が高まるのを防止することができる。

また、衝突回避を目的として、交差点に異なる方向から進入する車両間のデータ授受を可能とするには、交差点中心付近に存在する車両にデータを中継させたほうが、車両間のデータ授受が成功する可能性が高まる。このような理由から、本実施例では、転送動作を車両が中継可能エリアに存在する場合に限って許可するようにしている。

従って、本実施例によれば、中継通信スロットにおける通信トラフィックが増大するのを抑えて、効率的に、衝突回避に必要なパケットを転送できる。即ち、本実施例によれば、不要な転送動作によって通信トラフィックが増大してデータ伝送に遅延が生じるのを防止しつつも、衝突回避を目的とした転送動作を適切に行うことができ、従来と比較して、車両の安全性を高めることができる。

また、本実施例では、各無線通信装置１００から繰返し車両データを送信するので、車両データを一部間引いて転送しないようにしても、各車両１０では、送信されてきたパケットに基づき、時間分解能は低くなるものの、周辺車両の位置等を把握することができる。換言すると、本実施例によれば、中継通信スロットが一杯となって転送動作に遅延が生じるよりも、確率的に転送対象のデータの一部が間引いたほうが、周辺車両の位置認識に、悪影響が及びにくい。

このような理由から、本実施例では、受信パケットの転送動作を、設定された確率Ｐ（中継確率Ｐ）で実行するように無線通信装置１００を構成すると共に、当該確率Ｐを、中継通信スロットの通信トラフィックが増大するほど、低い値に設定するようにしている。従って、本実施例によれば、車両が密集している場合に、中継通信スロットにおける通信トラフィックが増大して、データ転送を円滑に行うことができなくなる可能性を抑えることができて、車両の安全性を高めることができる。

また、本実施例では、受信パケットの送信元車両が走行するレーンと、自車両の走行レーンとが異なる場合に限り、その受信パケットの転送動作を実行するように、無線通信装置１００を構成した。

車両同士が衝突する危険性は、同一レーンを走行する車両間よりも、異なるレーンを走行する車両間のほうが高いので、本実施例のように、同一レーンを走行する車両によって車両データを転送するよりも、異なるレーンを走行する車両によって車両データを転送したほうが、中継通信量を抑えつつも、衝突危険性のある車両に対して効率的にデータを転送することができる。従って、本実施例によれば、通信トラフィックを抑えつつも、適切に車両データを車両間で授受することができ、車両の安全確保に大変役立つ。

尚、本発明のタイムスロット判別手段は、Ｓ１３０，Ｓ３００の処理によって実現され、データ送信手段は、Ｓ１５０の処理によって実現され、中継手段は、Ｓ２８０，Ｓ２９０，Ｓ３２０の処理によって実現されている。

この他、エリア判定手段は、Ｓ２４０の処理により実現され、転送制御手段は、Ｓ２４０にてＹｅｓと判断されると、Ｓ２５０以降の処理を実行するが、Ｓ２４０にてＮｏと判断されると、Ｓ２５０以降の処理を実行せずに、受信中継処理を終了する処理にて実現されている。

また、通信量算出手段は、Ｓ２６０の処理により実現され、設定手段は、Ｓ２７０の処理により実現され、車両データ生成手段は、Ｓ１１０の処理により実現され、レーン判定手段は、Ｓ２５０の処理により実現されている。

また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例では、Ｓ２５０の処理を実行し、パケットの送信元車両が、自車両の走行レーンと同一レーンを走行している場合にはＳ２６０以降の処理を実行せず、当該受信中継処理を終了するように、無線通信システム１を構成したが、無線通信システム１は、パケットの送信元車両が、自車両の走行レーンと同一レーンを走行しているか否かに拘らず、Ｓ２５０で形式的にＮｏと判断して、Ｓ２６０以降の処理を実行するように構成されてもよい。

また、上記実施例では、中継通信スロット及び直接通信スロットの時間間隔を固定値としたが、無線通信システム１は、状況に応じて、中継通信スロット及び直接通信スロットの時間間隔を可変に設定する構成にされてもよい。

この他、上記実施例では、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報を利用して、複数の無線通信装置１００間で同期をとるようにしたが、例えば、交差点周囲等に路側機を設けて、当該路側機から同期確立用の信号を出力し、各無線通信装置１００が、この信号に基づいて、同期動作するように、無線通信システム１を構成してもよい。

また、上記実施例では詳述しなかったが、転送されてきたパケットを再度他の無線通信装置１００に転送する動作を繰返し実行すると、通信トラフィックが増えて好ましくないので、他の装置から転送されてきたパケットについては、Ｓ２４０で形式的にＮｏと判断することにより、当該パケットを再度転送しないようにするのが好ましい。

具体的には、Ｓ３２０において、転送対象のパケットのヘッダ部に、当該パケットが転送されたパケットであることを示す情報を付加することで、受信先の無線通信装置１００では、そのパケットが転送されてきたパケットであることを認識することができて、上述した動作を実現することができる。

無線通信システム１の構成を表す説明図である。 無線通信装置１００の構成を表すブロック図である。 制御部１１０が実行する送信制御処理を表すフローチャートである。 車両データの構成（ａ）及びタイムスロットの構成（ｂ）を表す図である。 制御部１１０が実行する受信中継処理を表すフローチャートである。 車両データベースの構成を表す説明図である。 中継可能エリアに関する説明図である。 時間充填率Ｆの算出方法に関する図（ａ）及び時間充填率Ｆと設定すべき中継確率Ｐとの対応関係を表すマップをグラフ化した図（ｂ）である。

符号の説明

１…無線通信システム、１０…車両、１００…無線通信装置、１１０…制御部、１１１…ＣＰＵ、１１３…ＲＯＭ、１１５…ＲＡＭ、１２０…通信部、１３０…位置検出器、１３１…ＧＰＳ受信機、１４０…表示装置、１５０…操作スイッチ群、１６０…地図データ入力器、１７０…音出力部、２００…運転支援装置

Claims (7)

1. 車載型の無線通信装置であって、
   通信規約により予め定められた周期的に到来する複数のタイムスロットの中から、現在時刻に対応するタイムスロットを判別するタイムスロット判別手段と、
   前記タイムスロット判別手段の判別結果に従い、自装置を発信源とする送信対象のデータを、前記複数のタイムスロットの内、予め定められた直接通信用のタイムスロットに対応する時刻に送信するデータ送信手段と、
   前記タイムスロット判別手段の判別結果に従い、外部の無線通信装置から受信した外部の無線通信装置を発信源とする転送対象のデータを、前記複数のタイムスロットの内、前記直接通信用のタイムスロットとは異なるタイムスロットとして予め定められた中継通信用のタイムスロットに対応する時刻に送信する中継手段と、
   自車両が予め定められた中継可能エリアに存在するか否かを判定するエリア判定手段と、
   前記エリア判定手段によって自車両が前記中継可能エリアに存在すると判定されている期間には、前記中継手段による前記転送対象のデータの送信動作を許可し、前記エリア判定手段によって自車両が前記中継可能エリアに存在しないと判定されている期間には、前記中継手段による前記転送対象のデータの送信動作を禁止する転送制御手段と、
   を備え、自装置を発信源とする前記送信対象のデータ及び外部の無線通信装置を発信源とする前記転送対象のデータの夫々を、各データに対して個別に設けられたタイムスロットを通じて送信すると共に、前記転送対象のデータの送信動作を自車両が前記中継可能エリアに存在すると判定された場合に限って実行することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記中継可能エリアは、交差点毎に定められた、当該交差点を基点とした所定範囲内のエリアであることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記中継手段は、前記転送対象のデータの送信動作を、予め設定された確率で実行する構成にされ、
   当該無線通信装置は、更に、
   前記中継通信用のタイムスロットにおいて外部の無線通信装置から出力される搬送波の信号を検出することによって、当該中継通信用のタイムスロットを通じた外部の無線通信装置による通信量を算出する通信量算出手段と、
   前記中継手段に対して前記確率を設定する設定手段と、
   を備え、
   前記設定手段は、前記通信量算出手段によって算出された通信量を指標に、前記中継手段に設定する前記確率を決定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記設定手段は、前記通信量算出手段によって算出される通信量が大きくなるにつれて、前記中継手段に、前記確率として、低い値を設定することを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記送信対象のデータとして、自車両の現在位置を表す車両データを生成する車両データ生成手段と、
   外部の前記無線通信装置から受信した前記車両データに基づき、当該車両データの送信元車両の走行レーンが自車両の走行レーンと同一であるか否かを判定するレーン判定手段と、
   を備え、
   前記中継手段は、前記外部の無線通信装置から受信した前記車両データの内、前記レーン判定手段によって送信元車両の走行レーンが自車両と同一ではないと判定された前記車両データを、前記転送対象のデータとして、前記中継通信用のタイムスロットに対応する時刻に送信する構成にされていること
   を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の無線通信装置。
6. ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｃｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式にて無線通信して、前記送信対象のデータ及び前記転送対象のデータを、送信することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の無線通信装置が搭載された複数の車両を備えて、各車両に搭載された前記無線通信装置を通じて車両間でデータを授受することを特徴とする車車間通信システム。