JP5040768B2 - 車両通信中継装置及び車両通信システム - Google Patents

Description

本発明は、車両通信中継装置及び車両通信システムに関し、例えば、車々間通信システムや路車間通信システムに適用し得るものである。

従来、車々間通信システムや路車間通信システムは、自律分散制御を用いた無線通信技術により、車載通信装置同士、若しくは、車載通信装置及び路側通信装置が、直接通信を行うことにより、車両走行時における安全支援や娯楽情報の提供などを実現することを目的としている。

しかし、通信装置間の直接の見通しがない環境下において、通信が困難になるという問題があった。この問題への対策として、２つの通信装置の互いに見通しのある場所に中継装置を設置し、中継装置が通信情報の中継を行う方法が一般に知られている（特許文献１、特許文献２参照）。このとき、一般的には、中継装置１台に対して１個のアンテナが付いている。また、１つの交差点に、中継装置を１台ではなく、複数台を設置することで、より安定した中継通信ができるものとされている。
特開２００５−２２７９７８号公報 特開２００５−１９１６９１号公報

しかしながら、従来の方法において、周辺環境等の影響を考え、複数の中継装置を設置する場合、同一の情報をそれら全ての中継装置が中継することになり、必要以上に通信トラフィックが大きくなって通信容量を圧迫してしまい、通信品質に大きく影響を与えてしまう。

そのため、近隣に複数の送信アンテナが設置された状況下でも、通信トラフィックを抑制し、通信品質を向上できる車両通信中継装置及び車両通信システムが望まれている。

第１の本発明は、車両に搭載された車載通信装置間の通信、若しくは、車載通信装置と道路側に設けられた路側通信装置との通信を中継する車両通信中継装置において、（１）受信した情報が中継を行う必要があるか否かを判定する中継伝送必要判定手段と、（２）受信した情報の送信元の配置に係る情報を取得する送信元判定手段と、（３）送信元の配置に係る情報に基づき、複数の送信用アンテナから、受信した情報の中継送信に用いる送信用アンテナを選択する送信用アンテナ選択手段とを有すると共に、（４）上記送信用アンテナ選択手段による選択対象の複数の送信用アンテナがそれぞれ、異なる車両通信中継装置に接続されたものであり、上記送信用アンテナ選択手段が選択した送信用アンテナが他の車両通信中継装置に接続されている場合に、上記他の車両通信中継装置に受信した情報を転送する転送内容送信手段をさらに有することを特徴とする。

第２の本発明は、車両に搭載された車載通信装置間の通信、若しくは、車載通信装置と道路側に設けられた路側通信装置との通信を中継する車両通信中継装置を、１又は複数有する車両通信システムにおいて、少なくとも一部の上記車両通信中継装置として、第１の本発明の車両通信中継装置を適用したことを特徴とする。

本発明によれば、近隣に複数の送信アンテナが設置された状況下でも、通信トラフィックを抑制し、通信品質を向上できる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による車両通信中継装置及び車両通信システムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第１の実施形態の車両通信システムは車々間通信システムであって、車々間通信の中継に、第１の実施形態の車両通信中継装置（以下、単に中継装置と呼ぶ）が機能するものである。第１の実施形態の車両通信システムは、例えば、車載通信装置間で、中継装置を介して、一定周期で自車の位置、速度等の情報を交換し、その情報に基づき車両の衝突を回避するシステムである。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態に係る車両通信システム１０の構成要素の配置を示す説明図である。

図２において、交差点５の領域内には複数（図２は４個の例）の中継装置１−１〜１−４が設置されており、各中継装置１−１〜１−４には１つの送受信アンテナ２−１〜２−４が設けられている。交差点５へ向かう、又は、交差点５から離れていく１又は複数（図２は６個の例）の車両３−１〜３−６にはそれぞれ、車載通信装置４−１〜４−６が搭載されている。

各中継装置１−１〜１−４は、いずれの方向へ進行している車両３−１〜３−６の車載通信装置４−１〜４−６からも見通しの良い位置に設置されている。また、交差点５での車両の衝突の恐れがある距離内の車両３−１〜３−６の車載通信装置４−１〜４−６と通信し得る送受信パワーを、中継装置１−１〜１−４を有している。言い換えると、車載通信装置４−１〜４−６（従って車両３−１〜３−６）と中継装置１−１〜１−４とは互いに見通し内の距離にある。

図２は、交差点５の西側の車道を東方向に進行している車両３−１〜３−３の車載通信装置４−１〜４−３と、交差点５の南側の車道を北方向に進行している車両３−４〜３−６の車載通信装置４−４〜４−６とは見通しが悪く、直接通信し得ない場合を示している。この場合、車載通信装置４−１〜４−３のいずれかと、車載通信装置４−４〜４−６のいずれかとは、中継装置１（１−１〜１−４のいずれか）を介して、自車の位置、速度等の情報を交換する。

第１の実施形態の場合、中継装置１−１〜１−４同士は、車載通信装置及び中継装置間の通信チャネルとは異なる中継装置用チャネルによって通信可能なものである。中継装置用チャネルは、無線チャネルであっても有線チャネルであっても良い。図２は、中継装置１−１〜１−４が通信線６によって接続されている場合を示している。

各車載通信装置４−１〜４−６は、既存の車載通信装置と同様なものであり、車載通信装置同士の直接の通信方法も既存のものと同様である。

図１は、第１の実施形態に係る中継装置１（１−１〜１−４が該当する）の機能的構成を示すブロック図である。中継装置１は、例えば、ハードウェアによる車載通信装置との送信及び受信構成と、ハードウェアによる他の中継装置との送信及び受信構成と、ＣＰＵ及びＣＰＵが実行するプログラム（例えば、出会い頭衝突防止支援アプリケーション）とによって実現されているが、機能的には、図１で表すことができる。

中継装置１は、受信手段１１１、中継伝送必要判定手段１１２、送信元判定手段１１３、中継装置選択手段１１４、送信手段１１５、転送内容送信手段１２１、転送内容受信手段１２２及び制御手段１３１を備えている。

受信手段１１１は、車載通信装置４（４−１〜４−６）若しくは他の中継装置から情報を受信するものであり、中継伝送必要判定手段１１２及び送信元判定手段１１３に必要な情報を提供する。例えば、安全運転支援アプリケーションの場合、提供する情報としては、各車両の位置や速度といった固有の情報、さらには周りに何台の車両が存在しているといった情報を挙げることができる。

中継伝送必要判定手段１１２は、受信手段１１１から受け取った情報を中継する必要があるか否かを判定し、結果を送信元判定手段１１３へ提供するものである。判定の基準としては、例えば、自己からの距離が閾値距離以下である車両（の車載通信装置）から情報が送られてきた場合に中継する必要があると判定する。また、緊急情報（パトカーや消防車などからの情報や、交通ルールの違反情報；緊急情報にその旨を表すフラグなどを盛り込んでおくようにしても良い）として送られてきた情報は、中継する必要があると判定する。

送信元判定手段１１３は、受信手段１１１及び中継伝送必要判定手段１１２から提供された情報に基づいて、送信元（の車載通信装置）の配置に係る情報（例えば、位置及び又は方向）を抽出した上で、中継装置選択手段１１４へ、提供された情報及び送信元の配置情報を提供するものである。送信元の位置情報は、具体的には、受信した情報の中身を見て判断する。例えば、パケット通信による送受信の場合、ヘッダ部分若しくはデータ部分の予め定められている部分に挿入されている送信元の位置情報を抽出する。又は、抽出した位置情報から、速度や進行方向や送信時刻からの経過時間を加味して修正して、送信元の位置情報を抽出する。送信元判定手段１１３は、送信元（の車載通信装置）の位置情報からさらに送信元の方向も捉える。

なお、送信元判定手段１１３は、他の中継装置が送信元である場合には、受信した情報を廃棄するようにしても良い。

中継装置選択手段１１４は、送信元判定手段１１３から受け取った情報のうちの送信元位置情報や、各中継装置に係る電波伝搬特性（受信電力やビット誤り率やパケット誤り率等）等の情報から、中継伝送を行うのに最適な中継装置を選択するものである。例えば、送信元の位置情報と、各中継装置の位置情報とに基づき、中継装置から送信元が含まれない方向へ送信するのに電波伝搬特性が最も良い中継装置を選択する。図２に示すような構成要素の配置において、車両３−１が送信した情報をいずれかの中継装置１が受信した場合、交差点５の中心から伸びる、方向が異なる複数の道路のうち、車両３−１を含む道路以外の３方向の道路に送信するのに最も適した中継装置を選択する。

ここで、最も適したとは、安全運転支援アプリケーションによる対象交差点５の回りのサービスエリアにおいて、受信電力やビット誤り率やパケット誤り率などの通信品質を示すパラメータが最も良いものを指している。適用するパラメータが１個であっても良く、複数であっても良い。後者の場合には、重み付け加算などによる品質評価値を用いて最適な中継装置を決定しても良い。通信品質を示す品質評価値は、その都度得ても良いが、中継装置の処理負荷などを考慮すると、送信元の各位置（例えば、サービスエリアを複数の区画に分け、同一区画内は同一位置として取り扱うようにしても良い）に応じた通信品質を示す品質評価値を、中継装置を設置する際に取得し、中継装置内に保存しておいて適用することが好ましい。全ての中継装置１−１〜１−４が保存する送信元の各位置に応じた品質評価値は同一である。

送信元の位置（及び進行方向）から使用する中継装置を選択するのは、中継装置の場所により、最も通信品質が良い方向が異なるためである。

送信手段１１５は、当該中継装置１が中継情報を送信する中継装置として選択された場合に、中継情報を送信するものである。中継装置１が中継情報を送信する中継装置として選択される場合は、当該中継装置１の中継装置選択手段１１４によって選択された場合だけでなく、他の中継装置の中継装置選択手段１１４によって選択された場合を含む。後者の場合には、後述するように、中継情報が他の中継装置から転送されてくる。また、送信手段１１５は、送信する中継情報に、中継した旨や当該中継装置を表す情報を盛り込んで送信するようにしても良い。

転送内容送信手段１２１は、中継装置選択手段１１４によって当該中継装置１ではなく、他の中継装置が中継情報を送信すると判定された場合、中継情報を選択された他の中継装置へ転送するものである。

転送内容受信手段１２２は、他の中継装置の転送内容送信手段１２１より転送されてきた、当該中継装置１から送信すべき中継情報を受信するものである。転送内容受信手段１２２は、受信した中継情報を送信手段１１５に与えて送信させるものである。なお、転送内容受信手段１２２は、送信手段１１５に与えた中継情報若しくはそのヘッダ情報などを所定期間だけ保存し、複数の他の中継装置から同一の中継情報が到来しても、最初の到来時にのみ、中継情報を送信手段１１５に与えるようにしても良い。

制御手段１３１は、当該中継装置１の全体、言い換えると、受信手段１１１、中継伝送必要判定手段１１２、送信元判定手段１１３、中継装置選択手段１１４、送信手段１１５、転送内容送信手段１２１及び転送内容受信手段１２２を制御し、各手段に上述した機能を発揮させるようにするものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る車両通信システム１０の動作を、図３のフローチャートを参照しながら詳述する。ここで、図３は、中継装置１（１−１〜１−４）の動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、各車載通信装置４−１〜４−６は、一定周期で、互いに、自己が搭載されている車両３−１〜３−６の位置、速度等の情報を交換しようとしているものとする。

中継装置１が、安全運転支援アプリケーションに係るサービス（中継サービス）を開始すると（ステップＳ１０１）、受信手段１１１により中継する可能性がある情報を取得（受信）する処理（ステップＳ１１１）と、他の中継装置から当該中継装置が送信すべき中継情報を受信する処理（ステップＳ１２１）とに移行する。

受信手段１１１が中継する可能性がある情報を取得すると、中継伝送必要判定手段１１２によって、中継伝送が必要か否かの判断が実行される（ステップＳ１１２、Ｓ１１３）。

中継の必要がある情報（中継情報）の場合には、送信元判定手段１１３によって送信元の位置や方向が判定され（ステップＳ１１４）、続いて、中継装置選択手段１１４によって、中継情報の伝送を行うどの中継装置が選択され、選択された中継装置が当該中継装置か否かが判定される（ステップＳ１１５、Ｓ１１６）。当該中継装置が中継を行う場合には、送信手段１１５が中継情報を送信し（ステップＳ１１７）、これに対して、当該中継装置１が中継を行わない場合には、中継を行うべき他の中継装置へ中継情報を転送する（ステップＳ１１８）。

他の中継装置から当該中継装置１が中継すべき中継情報が転送されてきて取得すると（ステップＳ１２１）、送信手段１１５が転送されてきた中継情報を送信する（ステップＳ１１７）。

中継伝送が必要ないと判断された場合（ステップＳ１１３）、中継情報を送信した場合（ステップＳ１１７）、又は、他の中継装置へ中継情報を転送した場合（ステップＳ１１８）には、サービスが終了したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。サービスが終了しないと判定した場合、上述したステップＳ１１１及びステップＳ１２１へ移行し、上述したような処理を繰り返す。サービスが終了したと判定した場合、サービスを終了する（ステップＳ１０３）。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、受信した情報を最も通信品質が良好となる中継装置だけを用いて中継伝送するので、無駄なトラフィックを発生させることなく中継伝送させることができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による車両通信中継装置及び車両通信システムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第２の実施形態の車両通信システムは車々間通信システムであって、車々間通信の中継に、第２の実施形態の車両通信中継装置（以下、単に中継装置と呼ぶ）が機能するものである。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図４は、第２の実施形態に係る車両通信システム１０Ａの構成要素の配置を示す説明図であり、第１の実施形態に係る図２との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

図４において、第２の実施形態の車両通信システム１０Ａでは、交差点５へ向かう車両３−１〜３−６にとって、見通しの良い交差点５内の複数（図２は４個の例）の箇所のそれぞれには、唯一の第２の実施形態に係る中継装置１Ａに給電線７−１〜７−４を介して接続されている送受信アンテナ２−１〜２−４が設けられている。なお、送受信アンテナ２−１〜２−４に代え、接近している送信アンテナ及び受信アンテナの対を設置するようにしても良い。

図４も、交差点５の西側の車道を東方向に進行している車両３−１〜３−３の車載通信装置４−１〜４−３と、交差点５の南側の車道を北方向に進行している車両３−４〜３−６の車載通信装置４−４〜４−６とは見通しが悪く、直接通信し得ない場合を示している。第２の実施形態の場合、車載通信装置４−１〜４−３のいずれかと、車載通信装置４−４〜４−６のいずれかとは、中継装置１Ａを介して、自車の位置、速度等の情報を交換する。中継装置１Ａを介する際、中継する情報を受信した送受信アンテナと、中継する情報を送信する送受信アンテナとは同一である必要はなく、第２の実施形態の場合、少なくとも中継する情報を送信する送受信アンテナは、通信品質などが考慮されて選択される。

第２の実施形態においても、各車載通信装置４−１〜４−６は、既存の車載通信装置と同様なものであり、車載通信装置同士の直接の通信方法も既存のものと同様である。

図５は、第２の実施形態に係る中継装置１Ａの機能的構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。中継装置１Ａは、例えば、ハードウェアによる車載通信装置との送信及び受信構成と、ＣＰＵ及びＣＰＵが実行するプログラム（例えば、出会い頭衝突防止支援アプリケーション）とによって実現されているが、機能的には、図５で表すことができる。

第２の実施形態の中継装置１Ａは、受信手段１１１Ａ、中継伝送必要判定手段１１２、送信元判定手段１１３、送信手段１１５Ａ、中継アンテナ選択手段１１６Ａ及び制御手段１３１Ａを備えている。

中継伝送必要判定手段１１２及び送信元判定手段１１３はそれぞれ、第１の実施形態のものと同様なものであり、その機能説明は省略する。

受信手段１１１Ａには、送受信アンテナ２−１〜２−４が接続され、受信手段１１１Ａは、送受信アンテナ２−１〜２−４からの受信情報を取得し、中継伝送必要判定手段１１２及び送信元判定手段１１３に与えるものである。複数の送受信アンテナが同一の情報を受信していた場合に、受信手段１１１Ａは、選択性ダイバーシティ処理若しくは合成ダイバーシティ処理を行い、処理後の受信情報を出力するようにしても良い。

この第２の実施形態の場合、送信元判定手段１１３は、抽出して得た送信元の位置や方向の情報を、中継アンテナ選択手段１１６へ提供するものである。

中継アンテナ選択手段１１６は、送信元判定手段１１３から受け取った情報や電波伝搬特性等の情報から、中継伝送を行うのに最適な送受信アンテナを選択するものである。選択方法は、第１の実施形態における中継装置選択手段１１４の選択方法と同様である。

送信手段１１５Ａには、送受信アンテナ２−１〜２−４が接続され、送信手段１１５Ａは、中継アンテナ選択手段１１６が選択した送受信アンテナ（２−１〜２−４のいずれか）から中継情報を送信させる。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態に係る車両通信システム１０Ａの動作を、図６のフローチャートを参照しながら詳述する。ここで、図６は、中継装置１Ａの動作を示すフローチャートであり、第１の実施形態に係る図３との同一、対応ステップには同一符号を付して示している。なお、以下の説明では、各車載通信装置４−１〜４−６は、一定周期で、互いに、自己が搭載されている車両３−１〜３−６の位置、速度等の情報を交換しようとしているものとする。

中継装置１Ａがサービス（中継サービス）を開始すると（ステップＳ１０１）、受信手段１１１Ａにより中継情報を取得する（ステップＳ１３１）。

続いて、中継伝送必要判定手段１１２によって、中継伝送が必要か否かが判断される（ステップＳ１３２、Ｓ１３３）。中継の必要がある情報の場合には、送信元判定手段１１３によって送信元の位置や方向が判定される（ステップＳ１３４）。続いて、中継アンテナ選択手段１１６によって、中継情報を送信する送受信アンテナが選択され（ステップＳ１３５）、送信手段１１５Ａによって選択された送受信アンテナから中継情報が送信される（ステップＳ１３６）。

中継伝送が必要ないと判断された場合（ステップＳ１３３）、若しくは、中継情報が送信された場合（ステップＳ１３６）には、サービスが終了したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。サービスが終了しないと判定した場合、上述したステップＳ１３１へ移行し、上述したような処理を繰り返す。サービスが終了したと判定した場合、サービスを終了する（ステップＳ１０３）。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、中継装置が、受信した中継情報を最も通信品質が良好となる送受信アンテナから送信するようにしたので、無駄なトラフィックを発生させることなく中継伝送させることができる。また、最も通信品質が良好となる送受信アンテナから中継情報を送信させるので、複数波による干渉の影響を除去することができる。

（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態の説明でも、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。

上記各実施形態では、車載通信装置間の通信に中継装置が介在する車々間通信システムに本発明に係る車両通信システムを適用したものを示したが、車載通信装置及び路側通信装置間の通信に中継装置が介在する路車間通信システムに本発明に係る車両通信システムを適用することができ、さらには、車載通信装置間の通信と、車載通信装置及び路側通信装置間の通信とを共に含みシステムに、本発明に係る車両通信システムを適用することができる。

第１の実施形態では、全ての中継装置が中継情報の受信機能と送信機能との両機能を有するものであったが、全て又は一部の中継装置が、中継情報の受信機能又は送信機能の一方だけに対応するものであっても良い。第２の実施形態に関しても、中継情報の受信機能を担当する装置と、中継情報の送信機能を担当する装置とに分け、両装置間で情報を引き渡すようにしても良い。

上記各実施形態では、中継情報の送信を実行する選択された中継装置又は送受信アンテナが１つのものを示したが、選択個数を複数に刷るようにしても良い。例えば、送受信アンテナとして指向性（例えば、緩い指向性）を有するものを適用した場合において、送信元の方向とは異なる送信方向が複数の場合には、中継装置又は送受信アンテナを複数選択するようにしても良い。また例えば、交差点中心から放射されている道路数が所定個数以上（例えば５個以上）の場合には(十字路の交差点より複雑な交差点)、中継装置又は送受信アンテナを複数選択するようにしても良い。

また、第１の実施形態の技術思想と第２の実施形態の技術思想とを組み合わせて適用するようにしても良い。例えば、複数（ｍ個とする）の中継装置がそれぞれ、複数（ｎ個とする）の送受信アンテナを備え、計ｍ×ｎ個の送受信アンテナの中から、送信に利用するものを選択するようにしても良い。また、複数の送受信アンテナを有する中継装置と、１個の送受信アンテナとを有する中継装置とが混在していても良い。

上記各実施形態においては、交差点から離れていく車両からの情報も中継するものを示したが、交差点から離れていく車両からの情報を中継送信しない、又は、交差点から離れていく車両からの情報の中継送信優先度を、交差点に近付いてくる車両からの情報の中継送信優先度より低くするようにしても良い。これにより、中継トラフィックを大幅に削減することができる。交差点から離れていくか否かは、その車両の過去の位置（送信元位置）を記憶し、位置を追跡することで捉えることができる。

第１の実施形態に係る中継装置の機能的構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る車両通信システムの構成要素の配置を示す説明図である。 第１の実施形態における中継装置の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る車両通信システムの構成要素の配置を示す説明図である。 第２の実施形態に係る中継装置の機能的構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における中継装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１、１−１〜１−４、１Ａ…中継装置、２−１〜２−４…送受信アンテナ、４−１〜４−６…車載通信装置、６…通信線、１０、１０Ａ…車両通信システム、１１１、１１１Ａ…受信手段、１１２…中継伝送必要判定手段、１１３…送信元判定手段、１１４…中継装置選択手段、１１５、１１５Ａ…送信手段、１１６…中継アンテナ選択手段、１２１…転送内容送信手段、１２２…転送内容受信手段、１３１、１３１Ａ…制御手段。

Claims (4)

1. 車両に搭載された車載通信装置間の通信、若しくは、車載通信装置と道路側に設けられた路側通信装置との通信を中継する車両通信中継装置において、
   受信した情報が中継を行う必要があるか否かを判定する中継伝送必要判定手段と、
   受信した情報の送信元の配置に係る情報を取得する送信元判定手段と、
   送信元の配置に係る情報に基づき、複数の送信用アンテナから、受信した情報の中継送信に用いる送信用アンテナを選択する送信用アンテナ選択手段とを有すると共に、
   上記送信用アンテナ選択手段による選択対象の複数の送信用アンテナがそれぞれ、異なる車両通信中継装置に接続されたものであり、上記送信用アンテナ選択手段が選択した送信用アンテナが他の車両通信中継装置に接続されている場合に、上記他の車両通信中継装置に受信した情報を転送する転送内容送信手段をさらに有する
   ことを特徴とする車両通信中継装置。
2. 上記送信用アンテナ選択手段が選択した送信用アンテナが当該車両通信中継装置に接続されている場合に、上記送信用アンテナ選択手段が選択した送信用アンテナから受信した情報を送信させる送信手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の車両通信中継装置。
3. 他の車両通信中継装置が転送送信した情報を受信する転送内容受信手段をさらに有し、上記送信手段は、上記転送内容受信手段が受信した情報を上記送受信アンテナから送信させることを特徴とする請求項２に記載の車両通信中継装置。
4. 車両に搭載された車載通信装置間の通信、若しくは、車載通信装置と道路側に設けられた路側通信装置との通信を中継する車両通信中継装置を、１又は複数有する車両通信システムにおいて、
   少なくとも一部の上記車両通信中継装置として、請求項１〜３のいずれかに記載の車両通信中継装置を適用したことを特徴とする車両通信システム。

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