JP5240088B2

JP5240088B2 - 通信環境模擬装置

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Publication number: JP5240088B2
Application number: JP2009146422A
Authority: JP
Inventors: 健二伊藤; 徳祥鈴木; 知史牧戸; 宏明林; 英二寺本
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: JP2011004237A

Description

本発明は、通信環境模擬装置に関する。

従来、パケット通信に用いる通信装置やそれらの装置から構成される通信ネットワークの転送品質の性能を評価するために用いられるパケット発生装置が開示されている（特許文献１参照）。

特許文献１のパケット発生装置は、トラヒック測定装置で測定された実アプリケーションのトラヒックを読み込み、実アプリケーションが送信するトラヒックパタンそのものを、評価対象である装置あるいはネットワークに送信する。これにより、実アプリケーションのトラヒックを解析する作業が不要になり、実アプリケーションの導通が保証される。

特開２００６−２９５５１６号公報

ところで、多数の通信端末が通信している状況を実フィールドで模擬する場合、評価したい端末台数分の通信端末を用意して、実際に通信させることで、高通信トラヒック状況を模擬している。しかし、上記のような場合、無線通信端末を多数用意する必要があり、実フィールドで検証することを考えると、現実的ではない。

また、上記の場合に特許文献１の技術を用いることを考えると、疑似トラフィック発生装置に、測定済みの実アプリケーションのトラヒックを読み込ませなければならず、非常に煩雑となる。

別の手法として、１台の通信端末が、複数の端末分の役割を担って、同じ送信電力で、短い周期でパケットを送信することによって、高通信トラヒック状況を模擬するものがある。

上記の場合は、実際に多数の通信端末が通信しているときは、存在する位置も異なり、通信端末が移動することもある。したがって、それらの通信端末から受信するパケットの受信電力も異なるため、同じ送信電力で、ただ数多くのパケットを送信するだけでは、実際に多数の通信端末が通信している状況を模擬しているとは言えない。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、実際の通信端末を用いることなく、多数の通信端末がパケット通信している状況を高精度に模擬することができる通信環境模擬装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明である通信環境模擬装置は、各模擬端末のパケットを生成するパケット生成手段と、所定の伝搬モデルに基づく、模擬端末から所定位置までの距離情報、前記模擬端末の送信電力、本通信環境模擬装置から前記所定位置までの距離情報、前記所定位置の受信電力の関係に基づいて、模擬端末毎に、前記所定位置の受信電力を算出し、算出した受信電力に対応する本通信環境模擬装置の送信電力を算出する送信電力算出手段と、模擬端末毎に、前記送信電力算出手段により算出された送信電力で、前記パケット生成手段により生成されたパケットを送信するパケット送信手段と、を備えている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の通信環境模擬装置であって、前記所定位置における搬送波の有無を検出する搬送波検出手段を更に備え、前記パケット送信手段は、前記搬送波検出手段の検出結果に基づいて、前記パケットを送信する。

請求項３の発明は、請求項２に記載の通信環境模擬装置であって、前記搬送波検出手段は、所定の伝搬モデルに基づく、模擬端末から所定位置までの距離情報、前記模擬端末の送信電力、本通信環境模擬装置から前記所定位置までの距離情報、前記所定位置の受信電力の関係に基づいて、模擬端末毎に、前記所定位置の受信電力を算出し、算出した受信電力と予め定められた閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記所定位置における搬送波の有無を検出する。

請求項４の発明は、請求項２に記載の通信環境模擬装置であって、前記搬送波検出手段は、搬送波検出制御情報に基づいて、搬送波の有無を検出する。

請求項５の発明は、請求項２に記載の通信環境模擬装置であって、前記搬送波検出手段は、搬送波検出制御情報として、ランダムに発生する確率値が含まれていた場合、その確率値に基づいて搬送波の有無を検出する。

請求項１の発明によれば、所定位置において実際に受信する受信電力と同じ受信電力が得られるので、実際の通信端末を用いることなく、多数の通信端末がパケット通信している状況を高精度に模擬することができる
請求項２の発明によれば、所定位置における搬送波の有無を検出し、その検出結果に基づいてパケットを送信するので、隠れ端末が発生しないようにパケットを送信することができる。

請求項３〜５のいずれか１つの発明によれば、所定位置における搬送波の検出を模擬することができる。

数百台の車両に搭載された各通信端末が通信している状況を示す図である。通信環境を再現するために４台の通信環境模擬装置が設置された状況を示す図である。通信環境模擬装置、１当車両、２当車両のｘｙ座標を示す図である。パケット通信の基本周期を示す図である。通信環境模擬装置の構成を示す図である。送信電力制御部の構成を示す図である。搬送波検出制御部の構成を示す図である。

以下、本発明の好ましい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。本発明の実施の形態に係る通信環境模擬装置は、多数、例えば数百台の車両にそれぞれ搭載された通信端末がパケットを送信した場合における所定の通信端末の通信環境を再現するものである。

図１は、数百台の車両に搭載された各通信端末が通信している状況を示す図である。図２は、図１の通信環境を再現するために４台の通信環境模擬装置が設置された状況を示す図である。ここでは、右直事故シーンを再現しており、交差点中央部の左側にある車両を１当車両、交差点中央部から離れた位置にあって当該中央部へ向かっている車両を２当車両という。

図３は、通信環境模擬装置、１当車両、２当車両のｘｙ座標を示す図である。ここでは、メッシュ道路モデルにおいて、車両約１２００台がランダムに存在（停止）する環境が模擬されている。評価対象の車両は、交差点に配置された１当車両と、交差点から２００ｍ離れた地点から交差点に進入する２当車両である。

ｘｙ座標系でみると、原点に１当車両が配置され、ｘ軸上に原点を挟んで通信環境模擬装置Ｂ、Ｄが対称に配置され、ｙ軸上に原点を挟んで通信環境模擬装置Ａ、Ｃが対称に配置されている。また、２当車両はｘ軸上に配置されている。

通信環境模擬装置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ走行中の各車両の通信端末の代わりにパケットを送信して、１当車両における通信環境（パケット受信状況）を再現する。なお、２当車両各車両の通信端末を代表したものである。また、通信環境模擬装置は、太い点線で囲まれた中心角９０度の扇形エリア内に存在する各通信端末の代わりにパケットを送信する。また、各通信端末は基本周期毎にパケットを送信するので、通信環境模擬装置も基本周期毎に各通信端末に代わってパケットを送信する。

図４は、パケット通信の基本周期を示す図である。１基本周期は、例えば１００ｍｓｅｃに設定されており、ｎ個のスロットに分割されている。各スロットでは、データパケットと当該データパケットに対する返信を示す返信パケットとが１組となる。

各通信端末は、ｎ個のスロットのいずれか１つを占有し、占有するスロットのタイミングで送信すべき情報を含んだデータパケットを他の通信端末へブロードキャスト送信する。一方、データパケットの受信を検出した通信端末は、受信して所定時間（受信したスロット）内に返信パケットを送信する。なお、複数の通信装置が１つのスロットを占有する場合は、パケットの衝突が発生してしまい、パケットが正確に検出されなくなる。

図５は、図１の通信環境を再現するための通信環境模擬装置の構成を示す図である。通信環境模擬装置は、パケットを生成するパケット生成部１１と、パケットの送信電力を制御する送信電力制御部１２と、アンテナ１３を介してパケットを受信する受信回路１４と、搬送波の検出処理を行って検出結果を出力する搬送波検出制御部１５と、生成されたパケットをアンテナ１７を介して送信する送信回路１６と、を備えている。

パケット生成部１１は、各通信端末（各模擬端末）の送信情報（例えば、模擬する通信端末の識別情報、位置情報、移動速度など）に基づいて、各通信端末が送信する複数のパケットを生成する。なお、パケット生成部１１は、送信制御情報に、同一スロットでパケット衝突が発生していることを示すパケット衝突情報が含まれていた場合、当該パケット衝突情報を包含するパケットを生成する。また、パケット衝突情報としては、衝突しているパケットの最初から最後までの所定の時間長を有していればよい。さらに、パケット生成部１１は、パケット衝突情報を包含するパケットは正常に受信されたパケットに対する返信ではないので、ランダムな情報（例えば、ＰＮ系列などの情報）を含んだパケットを生成してもよい。これにより、パケットが正常に受信されなかったことを再現することができる。

そして、パケット生成部１１で生成されたパケットは送信回路１６へ供給される。また、送信電力制御部１２は、パケットを送信する際の送信電力を、送信すべきパケット毎に制御する。

図６は、送信電力制御部１２の構成を示す図である。送信電力制御部１２は、送信電力を算出する送信電力算出部１２１を備えている。送信電力算出部１２１は、１当車両の受信電力値を求めるための伝搬モデル記憶部１２１ａと、通信環境模擬装置の送信電力を求めるための送信電力−受信電力値のテーブルを記憶したテーブル記憶部１２１ｂと、を有している。

各通信端末からのパケットを受信する１当車両の受信電力Ｐ_０は、伝搬モデルが特定されれば、２当車両から１当車両までの距離（又は１当車両、２当車両のそれぞれの位置）、通信環境模擬装置から１当車両までの距離（又は１当車両、通信環境模擬装置のそれぞれの位置）を用いて算出される。そこで、伝搬モデル記憶部１２１ａは、２波モデルの関数である２波モデル関数Ｆ、市坪モデルの関数である市坪モデル関数Ｇ、「ＩＴＵ−ＲＰ．１４１１−４」の関数である規格モデル関数Ｈを記憶している。

２波モデル関数Ｆは、図３に示す座標系を用いた場合、電波の伝搬を２波モデルで表した場合の２当車両（被模擬端末）の位置情報（ｘ１，ｙ１）及びその送信電力Ｐｔ、通信環境模擬装置の位置情報（ｘ２，ｙ２）を変数として、１当車両の受信電力Ｐ_０を求める関数であり、式（１）で表される。

Ｐ_０＝Ｆ（ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２，Ｐｔ）・・・（１）

同様に、市坪モデル関数Ｇは式（２）、規格モデル関数Ｈは式（３）で表される。

Ｐ_０＝Ｇ（ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２，Ｐｔ）・・・（２）
Ｐ_０＝Ｈ（ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２，Ｐｔ）・・・（３）

一方、テーブル記憶部１２１ｂは、予め測定された、（ｘ２、ｙ２）に配置されている通信環境模擬装置の送信電力と、原点に配置されている１当車両の受信電力Ｐ_０と、の関係を示すテーブルを記憶している。

そして、送信電力算出部１２１は、送信情報に含まれる２当車両の位置情報（ｘ１，ｙ１）、送信制御情報に含まれる２当車両の送信電力Ｐｔ、通信環境模擬装置の位置情報（ｘ２，ｙ２）及び指定された伝搬モデルが入力されると、当該指定された伝搬モデルに対応する関数（式（１）〜（３）のいずれか）を用いて、１当車両の受信電力Ｐ_０を算出する。さらに、送信電力算出部１２１は、テーブル記憶部１２１ｂのテーブルを参照して、算出された受信電力Ｐ_０に対応する通信環境模擬装置の送信電力を算出する。

なお、送信電力算出部１２１は、予め測定された電力値を使用しない旨の情報が送信制御情報に含まれていた場合、テーブル記憶部１２１ｂのテーブルを参照せず、所定の演算式を用いて、受信電力Ｐ_０に対応する通信環境模擬装置の送信電力を算出する。

受信回路１４は、アンテナ１３を介して、各スロットの受信処理を行い、受信結果を搬送波検出制御部１５に供給する。

図７は、搬送波検出制御部１５の構成を示す図である。搬送波検出制御部１５は、パケット毎の送信情報と送信制御情報とに基づいて１当車両で受信される受信電力を推定し、搬送波の有無を検出する。

搬送波検出制御部１５は、２当車両の位置を推定する２当車両位置推定処理部１５ａと、伝搬モデル記憶部１５ｂと、搬送波の検出処理を行う搬送波検出処理部１５ｃと、を備えている。

２当車両位置推定処理部１５ａは、送信制御情報に含まれる２当車両の車両速度を用いて、計測開始時間から２当車両の位置情報（ｘ１，ｙ１）を推定する。

伝搬モデル記憶部１５ｂは、図６に示す伝搬モデル記憶部１２１ａと同様に構成されている。そして、搬送波検出制御部１５は、２当車両位置推定処理部１５ａで推定された２当車両の位置情報（ｘ１，ｙ１）、送信制御情報に含まれる２当車両の送信電力Ｐｔ、通信環境模擬装置の位置情報（ｘ２，ｙ２）及び指定された伝搬モデルが入力されると、当該指定された伝搬モデルに対応する関数（式（１）〜（３）のいずれか）を用いて、１当車両の受信電力Ｐ_０を算出する。

搬送波検出処理部１５ｃは、算出された１当車両の受信電力Ｐ_０のレベルと、予め設定された搬送波検出レベル閾値と、を比較し、受信電力Ｐ_０のレベルが搬送波検出レベル閾値を超えた場合は搬送波検出と判定し、超えていない場合は搬送波未検出と判定する。

なお、搬送波検出制御部１５は、送信制御情報に搬送波検出制御ＯＮ情報が含まれていた場合は搬送波検出と判定し、送信制御情報に搬送波検出制御ＯＦＦ情報が含まれていた場合は搬送波未検出と判定してもよい。また、搬送波検出制御部１５は、送信制御情報に、搬送波検出制御情報として、ランダムなＯＮ／ＯＦＦの確率値が含まれていた場合、その確率値に基づいて搬送波検出又は搬送波未検出と判定してもよい。

送信回路１６は、パケット生成部１１で生成されたパケットについて、搬送波検出制御部１５により送信波検出と判定された場合、送信波検出と判定されたスロットでのパケットの送信を禁止し、他のスロットでパケットを送信する。これにより、いわゆる隠れ端末問題の発生を抑制することができる。なお、送信回路１６は、パケット衝突情報を含むパケットについては、送信電力を変化させながら複数の合成電力で送信してもよい。

以上のように、本実施の形態に係る通信環境模擬装置は、模擬通信端末のパケット毎に、伝搬モデルを用いて１当車両の受信電力を推定し、受信電力に対応する送信電力を算出し、算出した送信電力でパケットを送信する。これにより、通信環境模擬装置は、多数の通信端末を使用することなく、所定の通信端末で実際に受信される受信電力を精度良く模擬することができる。

さらに、通信環境模擬装置は、搬送波検出のオン又はオフを制御して、その制御に応じてパケットを送信することにより、多数の通信端末が通信している状況を精度良く模擬することができる。

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可能であるのは勿論である。また、上述した送信情報及び送信制御情報は、高通信トラヒック発生パターンとして、パケットを生成する時刻と共に、予め記憶装置に記憶されているものでもよい。

１１パケット生成部
１２送信電力制御部
１３，１７アンテナ
１４受信回路
１５搬送波検出制御部
１６送信回路

Claims

各模擬端末のパケットを生成するパケット生成手段と、
所定の伝搬モデルに基づく、模擬端末から所定位置までの距離情報、前記模擬端末の送信電力、本通信環境模擬装置から前記所定位置までの距離情報、前記所定位置の受信電力の関係に基づいて、模擬端末毎に、前記所定位置の受信電力を算出し、算出した受信電力に対応する本通信環境模擬装置の送信電力を算出する送信電力算出手段と、
模擬端末毎に、前記送信電力算出手段により算出された送信電力で、前記パケット生成手段により生成されたパケットを送信するパケット送信手段と、
を備えた通信環境模擬装置。
前記所定位置における搬送波の有無を検出する搬送波検出手段を更に備え、
前記パケット送信手段は、前記搬送波検出手段の検出結果に基づいて、前記パケットを送信する
請求項１に記載の通信環境模擬装置。
前記搬送波検出手段は、所定の伝搬モデルに基づく、模擬端末から所定位置までの距離情報、前記模擬端末の送信電力、本通信環境模擬装置から前記所定位置までの距離情報、前記所定位置の受信電力の関係に基づいて、模擬端末毎に、前記所定位置の受信電力を算出し、算出した受信電力と予め定められた閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記所定位置における搬送波の有無を検出する
請求項２に記載の通信環境模擬装置。
前記搬送波検出手段は、搬送波検出制御情報に基づいて、搬送波の有無を検出する
請求項２に記載の通信環境模擬装置。
前記搬送波検出手段は、搬送波検出制御情報として、ランダムに発生する確率値が含まれていた場合、その確率値に基づいて搬送波の有無を検出する
請求項２に記載の通信環境模擬装置。