JP5836233B2

JP5836233B2 - 列車通信システムおよび列車通信方法

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Publication number: JP5836233B2
Application number: JP2012205409A
Authority: JP
Inventors: 規充永嶋; 雅也田中; 松田　哲史; 哲史松田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP2014060644A

Description

本発明は、列車と地上側との間で通信を行う列車通信システムに関するものである。

従来、鉄道システムにおいて、無線通信技術を用いて地上と列車間で通信する手法として、例えば、下記特許文献１では、地上基地局と移動体間で無線通信が可能な通信方式の異なる複数の通信媒体を配置し、地上基地局及び移動体のいずれか一方の各通信媒体から送信された電波を他方の各通信媒体で受信して電波状態を監視し、電波状態の良好な通信媒体を選択して通信媒体を切り替えて通信を行う技術が開示されている。

特開２００５−１５９８７３号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、通信中に電波状態のよい通信媒体に切り替えているが、電波状態は移動する速度や場所により刻々と変化するため、通信媒体の切り替えが頻発するおそれがある。通信媒体の切り替え時は、通信速度の違いにより切り替え後に送信したデータが切り替え前に送信したデータよりも先に到着する場合がある。受信側ではデータが正しい順序になる制御を行うが、データが正しい順序になるまでは先に到着したデータを保留するため、通信速度が上がらなくなる。そのため、列車の速度や走行場所により変化する電波状況下で切り替えが頻繁に行われると、電波状態のよい通信媒体を選択しているにもかかわらず必ずしも通信状況が改善しない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信方式の異なる複数の通信回線を使用した地上と列車間の通信において、最適な通信回線を選択しつつ切り替え頻度を低減し、通信回線の速度差によるデータの順序逆転を抑制可能な列車通信システムを得ることを目的する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車に搭載された車上システムおよび地上に設置された地上システムから構成され、前記車上システムおよび前記地上システムが複数の回線で接続し、いずれかの回線を使用して通信を行う列車通信システムであって、前記車上システムが、前記地上システムとの間の通信を制御する車上通信サーバ、を備え、前記地上システムが、前記車上システムとの間の通信を制御する地上通信サーバ、を備え、前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバは、前記複数の回線の通信状態を示す通信情報を周期的に収集し、収集した通信情報および回線を切り替えてからの経過時間に基づいて、通信に使用する回線を切り替えるかどうかを判定する、ことを特徴とする。

この発明によれば、通信方式の異なる複数の通信回線を使用した地上と列車間の通信において、最適な通信回線を選択しつつ切り替え頻度を低減し、通信回線の速度差によるデータの順序逆転を抑制できる、という効果を有する。

図１は、実施の形態１の列車通信システムの構成例を示す図である。図２は、実施の形態１の車上通信サーバおよび地上通信サーバの構成例を示す図である。図３は、実施の形態１における車上から地上へデータを送信する際の通信方法を示すシーケンス図である。図４は、実施の形態１における車上通信サーバおよび地上制御サーバにおける最適回線の選択処理を示すフローチャートである。図５は、実施の形態１における車上通信サーバおよび地上通信サーバのデータ送信処理を示すフローチャートである。図６は、データを送信する際のパケットの構成例を示す図である。図７は、実施の形態１における車上通信サーバ１１および地上通信サーバ５１のデータ受信処理を示すフローチャートである。図８は、実施の形態１における地上から車上へデータを送信する際の通信方法を示すシーケンス図である。図９は、実施の形態２の車上通信サーバおよび地上通信サーバの構成例を示す図である。図１０は、実施の形態２における地上から車上へデータを送信する際の通信方法を示すシーケンス図である。図１１は、実施の形態２における車上通信サーバ１１ａおよび地上制御サーバ５１ａにおける最適回線の選択処理を示すフローチャートである。図１２は、実施の形態２における車上通信サーバ１１ａおよび地上通信サーバ５１ａのデータ送信処理を示すフローチャートである。図１３は、実施の形態２における車上通信サーバ１１ａおよび地上通信サーバ５１ａのデータ受信処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる列車通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の列車通信システムの構成例を示す図である。列車通信システムは、車上システム１と、地上システム５と、から構成され、２つのシステムが複数の無線ネットワークとしてネットワーク２，３，４を介して接続している。図１では、無線ネットワークの例として、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）および無線ＬＡＮ（Local Area Network）で接続している場合を示す。説明の便宜上、図１では車上システム１を１つとしているが、これに限定するものではない。また、地上システム５は、ネットワーク２，３，４を介して異なる列車に搭載された複数の車上システム１と接続することが可能である。

車上通信サーバ１１および地上通信サーバ５１には、通信のためのＩＰアドレスが付与されている。地上通信サーバ５１には、代表アドレスＡ１、ＷｉＭＡＸアドレスＡ２、ＬＴＥアドレスＡ３、無線ＬＡＮアドレスＡ４が付与されている。また、車上通信サーバ１１には、代表アドレスＡ５、ＷｉＭＡＸアドレスＡ６、ＬＴＥアドレスＡ７、無線ＬＡＮアドレスＡ８が付与されている。車上通信サーバ１１と地上通信サーバ５１間の通信では、代表アドレスを使用して通信先の列車の車上通信サーバ１１、地上側の地上通信サーバ５１を特定する。ＷｉＭＡＸアドレス、ＬＴＥアドレス、無線ＬＡＮアドレスの各アドレスは、最適な回線を選択後、各ネットワークを介して通信する際に使用する。

車上システム１は、列車に搭載されており、地上システム５から複数のネットワークを介して受け付けたデータに従って車上機器１２上のアプリケーションを実行し、車上機器１２からデータ取得や制御を行う。地上システム５は、車上システム１が搭載された列車への指示や列車データを取得する際に使用する。

車上システム１の構成について説明する。車上システム１は、車上通信サーバ１１と、車上機器１２と、ＳＷ１３と、ＷｉＭＡＸ制御装置１４と、ＬＴＥ制御装置１５と、無線ＬＡＮ制御装置１６と、を備える。車上通信サーバ１１は、複数のネットワーク２，３，４から最適な回線を選択し、地上システム５との間の通信を制御する。車上機器１２は、地上システム５から受信したデータに従ってアプリケーションを実行する。例えば、受信したデータに従って、必要に応じて列車内の空調、電力、モータ等を制御することが可能である。ＳＷ１３は、車上通信サーバ１１とＷｉＭＡＸ制御装置１４、ＬＴＥ制御装置１５、無線ＬＡＮ制御装置１６を接続し、車上通信サーバ１１の通信を中継する通信機器（スイッチ）である。ＷｉＭＡＸ制御装置１４、ＬＴＥ制御装置１５、無線ＬＡＮ制御装置１６は、車上システム１を各ネットワークに接続するための装置であり、ＳＷ１３を介して車上通信サーバ１１と接続する。

地上システム５の構成について説明する。地上システム５は、地上通信サーバ５１と、地上端末５２と、ＳＷ５３と、ルータ（ＷｉＭＡＸ）５４と、ルータ（ＬＴＥ）５５と、ルータ（無線ＬＡＮ）５６と、を備える。地上通信サーバ５１は、地上端末５２から受信したデータを最適な回線を使用して車上システム１と通信する。地上端末５２は、列車の空調や電力、モータ等を制御し、列車からの走行情報などを管理する。ＳＷ５３は、地上通信サーバ５１とルータ５４，５５，５６を接続し、地上通信サーバ５１の通信を中継する通信機器である。ルータ５４，５５，５６は、各ネットワークに地上システム５を接続する通信機器である。

図２は、本実施の形態の車上通信サーバ１１および地上通信サーバ５１の構成例を示す図である。ここでは、車上通信サーバ１１および地上通信サーバ５１は、同一の構成とし、それぞれ、車上機器１２、地上端末５２から受信したデータを最適な回線を使用して送信する。地上通信サーバ５１は、複数の列車と通信する場合があり、列車ごとに最適な回線を選択して通信する。

図２において、車上通信サーバ１１および地上通信サーバ５１は、ネットワーク通信部６０と、通信情報収集部６１と、切替判定部６２と、最適回線切替部６３と、ヘッダ付与部６４と、ヘッダ削除部６５と、順序制御部６６と、端末通信部６７と、を備える。

ネットワーク通信部６０は、ネットワークを介して車上通信サーバ１１−地上通信サーバ５１間でデータを送受信する。通信情報収集部６１は、ＷｉＭＡＸ制御装置１４、ＬＴＥ制御装置１５、無線ＬＡＮ制御装置１６、またはルータ５４，５５，５６から、電波強度、送受信データ数などの通信情報を取得する。切替判定部６２は、通信情報収集部６１で取得した通信情報に基づいて最適な回線を選択し、使用する回線の切り替えの有無を判定する。最適回線切替部６３は、切替判定部６２の判定結果を参照し、使用する回線を切り替える。ヘッダ付与部６４は、車上通信サーバ１１−地上通信サーバ５１間で送信するデータ（パケット）にヘッダを付与し、通信で使用するアドレスを設定する。ヘッダ削除部６５は、受信したデータ（パケット）から、通信相手側のヘッダ付与部６４で付与されたヘッダを削除する。順序制御部６６は、車上通信サーバ１１−地上通信サーバ５１間で送信したデータの順序が逆転した場合、正しい順序に整形する。端末通信部６７は、車上機器１２または地上端末５２と通信する。

つづいて、列車通信システムにおいて、列車通信方法として車上システム１の車上機器１２と地上システム５の地上端末５２との間でデータを送受信する際の最適回線の選択方法について説明する。まず、車上システム１の車上機器１２から地上システム５の地上端末５２にデータを送信する際の最適回線の選択方法について説明する。図３は、本実施の形態における車上から地上へデータを送信する際の通信方法を示すシーケンス図である。また、図４は、本実施の形態における車上通信サーバ１１および地上制御サーバ５１における最適回線の選択処理を示すフローチャートである。

車上通信サーバ１１では、通信情報収集部６１が、ネットワーク通信部６０経由で、ＷｉＭＡＸ制御装置１４、ＬＴＥ制御装置１５、無線ＬＡＮ制御装置１６から定期的に通信情報を取得する（ステップＳ１〜Ｓ３）。

車上通信サーバ１１では、切替判定部６２が、通信情報収集部６１で取得した通信情報を用いて、通信速度が速い、アプリケーションが要求する通信レートに合う、データの損出が少ない、ネットワークの遅延が少ない等の条件により最適回線候補を決定する。ここでは、条件として通信速度の速い回線を選択する場合について説明する。収集した通信情報から通信速度の速いものを最適回線候補として決定し、第一の通信速度としてＶ１＝最適回線候補の通信速度、第二の通信速度としてＶ２＝現在通信で使用している回線の通信速度を求める（ステップＳ４）。図３の例では、収集した通信時情報の通信速度がＷｉＭＡＸ２Ｍｂｐｓ、ＬＴＥ１Ｍｂｐｓ、無線ＬＡＮ０Ｍｂｐｓのため、ＷｉＭＡＸを最適回線候補とする。

切替判定部６２は、システムの起動直後などでは、最適回線候補と使用している回線が同一ではなく（ステップＳ５：Ｎｏ）、使用する回線（最適回線）が未決定のため（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ＷｉＭＡＸ回線を最適回線として切り替える判定を行い、最適回線切替部６３が、実際の回線をＷｉＭＡＸ回線に切り替える制御を行う。このとき、切替判定部６２では、ＷｉＭＡＸ回線に切り替えた時刻として、切替時刻Ｔ１＝現在時刻を保持する（ステップＳ８）。また、切替判定部６２では、タイマ（例えば、１秒）を起動し（ステップＳ９）、タイムアウト後、通信情報収集部６１が通信情報を取得する処理を繰り返す。

車上通信サーバ１１では、通信情報収集部６１が、ネットワーク通信部６０経由で、ＷｉＭＡＸ制御装置１４、ＬＴＥ制御装置１５、無線ＬＡＮ制御装置１６から定期的に通信情報を取得する（ステップＳ１〜Ｓ３）。図３では、２回目に取得した通信情報が、ＷｉＭＡＸ２Ｍｂｐｓ、ＬＴＥ２．１Ｍｂｐｓ、無線ＬＡＮ０Ｍｂｐｓであることから、切替判定部６２は、最適回線候補をＬＴＥとし、Ｖ１＝２．１Ｍｂｐｓとなる。また、現在通信に使用している回線はＷｉＭＡＸであることからＶ２＝２Ｍｂｐｓとなる（ステップＳ４）。

切替判定部６２は、最適回線候補と使用している回線が同一ではないため（ステップＳ５：Ｎｏ）、Ｖ１−Ｖ２＝０．１Ｍｂｐｓと切替判定値Ｄを比較する（ステップＳ６）。切替判定値Ｄは、例えば、０．５Ｍｂｐｓのように規定値として予め設定しておく。切替判定部６２は、Ｖ１−Ｖ２が切替判定値Ｄより小さく、また、使用する回線が未決定ではないことから（ステップＳ６：Ｎｏ）、つぎに、現在時刻と前回最適回線に切り替えた切替時刻Ｔ１との差分を求め、差分が切替判定時間Ｔを越えるかどうかを計算する（ステップＳ７）。切替判定時間Ｔは、例えば、１０秒のように規定値として予め設定しておく。前回最適回線に切り替えたのは１秒前のため、現在時刻−Ｔ１は切替判定時間Ｔより小さいことから（ステップＳ７：Ｎｏ）、切替判定部６２は、タイマ（例えば、１秒）を起動する（ステップＳ９）。タイムアウト後、通信情報収集部６１が通信情報を取得する処理を繰り返す。

車上通信サーバ１１では、通信情報収集部６１が、ネットワーク通信部６０経由で、ＷｉＭＡＸ制御装置１４、ＬＴＥ制御装置１５、無線ＬＡＮ制御装置１６から定期的に通信情報を取得する（ステップＳ１〜Ｓ３）。図３では、前回最適回線に切り替えた時刻から１０秒経過後に収集した通信情報が、ＷｉＭＡＸ２Ｍｂｐｓ、ＬＴＥ２．１Ｍｂｐｓ、無線ＬＡＮ０Ｍｂｐｓであることから、切替判定部６２は、最適回線候補をＬＴＥとし、Ｖ１＝２．１Ｍｂｐｓとなる。また、現在通信している回線はＷｉＭＡＸであることからＶ２＝２Ｍｂｐｓとなる（ステップＳ４）。

最適回線候補と使用している回線が同一ではないため（ステップＳ５：Ｎｏ）、切替判定部６２は、Ｖ１−Ｖ２＝０．１Ｍｂｐｓと切替判定値Ｄを比較する（ステップＳ６）。切替判定部６２は、Ｖ１−Ｖ２が切替判定値Ｄより小さく、また、使用する回線が未決定ではないことから（ステップＳ６：Ｎｏ）、つぎに、現在時刻と前回最適回線に切り替えた切替時刻Ｔ１との差分を求め、差分が切替判定時間Ｔを越えるかどうかを計算する（ステップＳ７）。前回最適回線に切り替えたのは１０秒前のため、現在時刻−Ｔ１は切替判定時間Ｔ以上であることから（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、切替判定部６２は、ＬＴＥ回線を最適回線として切り替える判定を行い、最適回線切替部６３が、実際の回線をＷｉＭＡＸ回線からＬＴＥ回線に切り替える制御を行う。このとき、切替判定部６２では、ＬＴＥ回線に切り替えた時刻として、切替時刻Ｔ１＝現在時刻を保持する（ステップＳ８）。また、切替判定部６２では、タイマ（例えば、１秒）を起動し（ステップＳ９）、タイムアウト後、通信情報収集部６１が通信情報を取得する処理を繰り返す。

なお、最適回線候補が現在通信に使用している回線と同一の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、切替判定部６２では、切替判定を行う必要がないことから、切替判定処理を省略してタイマを起動する（ステップＳ９）。以降の処理は前述の処理と同様である。

つぎに、車上通信サーバ１１のデータ送信処理について説明する。図５は、本実施の形態における車上通信サーバ１１および地上通信サーバ５１のデータ送信処理を示すフローチャートである。車上通信サーバ１１では、端末通信部６７が、車上機器１２から地上端末５２宛のデータを受信する。端末通信部６７は、宛先である地上通信サーバ５１の代表アドレスＡ１を取得し（ステップＳ１１）、送信元である車上通信サーバ１１の代表アドレスＡ５を取得する（ステップＳ１２）。

図６は、データを送信する際のパケットの構成例を示す図である。パケットは、本実施の形態の特徴として新たに付与された新ＩＰヘッダ７１と、従来からのＩＰヘッダ７２と、ＴＣＰヘッダ７３と、データ７４と、から構成される。端末通信部６７は、取得した代表アドレスを、ＩＰヘッダ７２において、宛先として地上通信サーバ５１の代表アドレスＡ１、送信元として車上通信サーバ１１の代表アドレスＡ５、として設定する。

最適回線切替部６３は、切替判定部６２から現在の最適回線の情報を取得する（ステップＳ１３）。最適回線として、図３の初期であれば、ＷｉＭＡＸを取得する。なお、取得した回線の情報が異なるときは、回線を切り替える制御を行う。

ヘッダ付与部６４は、送信するパケットにヘッダを付与する（ステップＳ１４）。付与するヘッダは、図６に示す新ＩＰヘッダ７１である。新ＩＰヘッダ７１には、宛先として地上通信サーバ５１のＷｉＭＡＸアドレスＡ２、送信元として車上通信サーバ１１のＷｉＭＡＸアドレスＡ６を設定する。

そして、ネットワーク通信部６０が、パケット（データ）をＷｉＭＡＸ制御装置１４へ出力する（ステップＳ１５）。

つぎに、地上通信サーバ５１のデータ受信処理について説明する。図７は、本実施の形態における車上通信サーバ１１および地上通信サーバ５１のデータ受信処理を示すフローチャートである。地上通信サーバ５１では、ネットワーク通信部６０が、車上通信サーバ１１から送信されたパケットを受信し、ヘッダ削除部６５が、パケットから新ＩＰヘッダ７１を削除する（ステップＳ２１）。パケットの順序が逆転した場合には、順序制御部６６が、整形により順序制御する（ステップＳ２２）。そして、端末通信部６７は、地上端末５２へデータを送信する（ステップＳ２３）。

つづいて、地上システム５の地上端末５２から車上システム１の車上機器１２にデータを送信する際の最適回線の選択方法について図８および図４を用いて説明する。図８は、本実施の形態における地上から車上へデータを送信する際の通信方法を示すシーケンス図である。なお、地上制御サーバ５１における最適回線の選択処理、送信処理、および車上通信サーバ１１における受信処理のフローチャートは、車上から地上へデータを送信する際のフローチャート（図４，５，７参照）と同様である。

地上通信サーバ５１では、通信情報収集部６１が、ネットワーク通信部６０経由で、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、無線ＬＡＮのネットワークに接続する各ルータ５４〜５６から定期的に通信情報を取得する（ステップＳ１〜Ｓ３）。

地上通信サーバ５１では、切替判定部６２が、通信情報収集部６１で取得した通信情報を用いて、最適回線候補を決定する。ここでも、車上通信サーバ１１と同様、条件として通信速度の速い回線を選択する場合について説明する。収集した通信情報から通信速度の速いものを最適回線候補として決定し、Ｖ１＝最適回線候補の通信速度、Ｖ２＝現在通信で使用している回線の信速度を求める（ステップＳ４）。図８の例では、収集した通信時情報の通信速度がＷｉＭＡＸ４Ｍｂｐｓ、ＬＴＥ２Ｍｂｐｓ、無線ＬＡＮ１Ｍｂｐｓのため、ＷｉＭＡＸを最適回線候補とする。

地上通信サーバ５１では、通信情報収集部６１が、ネットワーク通信部６０経由で、ルータ５４〜５６から定期的に通信情報を取得する（ステップＳ１〜Ｓ３）。図８では、２回目に取得した通信情報が、ＷｉＭＡＸ２Ｍｂｐｓ、ＬＴＥ４Ｍｂｐｓ、無線ＬＡＮ１Ｍｂｐｓであることから、切替判定部６２は、最適回線候補をＬＴＥとし、Ｖ１＝４Ｍｂｐｓとなる。また、現在通信に使用している回線はＷｉＭＡＸであることからＶ２＝２Ｍｂｐｓとなる（ステップＳ４）。

切替判定部６２は、最適回線候補と使用している回線が同一ではないため（ステップＳ５：Ｎｏ）、Ｖ１−Ｖ２＝２Ｍｂｐｓと切替判定値Ｄを比較する（ステップＳ６）。切替判定値Ｄは、例えば、０．５Ｍｂｐｓのように規定値として予め設定しておく。切替判定部６２は、Ｖ１−Ｖ２が切替判定値Ｄより大きいことから（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ＬＴＥ回線を最適回線として切り替える判定を行い、最適回線切替部６３が、実際の回線をＷｉＭＡＸ回線からＬＴＥ回線に切り替える制御を行う。このとき、切替判定部６２では、ＬＴＥ回線に切り替えた時刻として、切替時刻Ｔ１＝現在時刻を保持する（ステップＳ８）。また、切替判定部６２では、タイマ（例えば、１秒）を起動し（ステップＳ９）、タイムアウト後、通信情報収集部６１が通信情報を取得する処理を繰り返す。

車上通信サーバ１１と同様、最適回線候補が現在通信に使用している回線と同一の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、切替判定部６２では、切替判定を行う必要がないことから、切替判定処理を省略してタイマを起動する（ステップＳ９）。以降の処理は前述の処理と同様である。

つぎに、地上通信サーバ５１のデータ送信処理について図５を用いて説明する。地上通信サーバ５１では、端末通信部６７が、地上端末５２から車上機器１２宛のデータを受信する。端末通信部６７は、宛先である車上通信サーバ１１の代表アドレスＡ５を取得し（ステップＳ１１）、送信元である地上通信サーバ５１の代表アドレスＡ１を取得する（ステップＳ１２）。端末通信部６７は、取得した代表アドレスを、ＩＰヘッダ７２において、宛先として車上通信サーバ１１の代表アドレスＡ５、送信元として地上通信サーバ５１の代表アドレスＡ１、として設定する。

最適回線切替部６３は、切替判定部６２から現在の最適回線の情報を取得する（ステップＳ１３）。最適回線として、図８の回線切り替え後であれば、ＬＴＥを取得する。なお、取得した回線の情報が異なるときは、回線を切り替える制御を行う。

ヘッダ付与部６４は、送信するパケットにヘッダを付与する（ステップＳ１４）。付与するヘッダは、図６に示す新ＩＰヘッダ７１である。新ＩＰヘッダ７１には、宛先として
車上通信サーバ１１のＬＴＥアドレスＡ７、送信元として地上通信サーバ５１のＬＴＥアドレスＡ３を設定する。

そして、ネットワーク通信部６０は、パケット（データ）をルータ５５経由で送信する（ステップＳ１５）。

つぎに、車上通信サーバ１１のデータ受信処理について図７を用いて説明する。車上通信サーバ１１では、ネットワーク通信部６０が、地上通信サーバ５１から送信されたパケットを受信し、ヘッダ削除部６５が、パケットから新ＩＰヘッダ７１を削除する（ステップＳ２１）。パケットの順序が逆転した場合には、順序制御部６６が、整形により順序制御する（ステップＳ２２）。そして、端末通信部６７は、車上機器１２へデータを送信する（ステップＳ２３）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、車上システム１および地上システム５において、通信ネットワークの通信情報を収集し、収集した通信情報から決定した最適回線候補と現在通信に使用している回線の通信速度との差分、および前回切り替えを実施してからの経過時間、に基づいて使用する回線を切り替えることとした。これにより、電波強度により通信速度が短期間に変化する場合にも、使用する回線の切り替えが頻繁に発生することを防ぎ、回線切り替え時のパケットの順序逆転による通信速度の低下が発生するのを低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、収集した通信情報から決定した最適回線候補と現在使用している回線の情報とを比較することにより、使用する回線の切り替えが頻繁に発生することを防止した。本実施の形態では、送信したパケットが受信側で順序逆転して到着することを防止する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態の列車通信システムの構成は実施の形態１（図１参照）と同等であるが、車上システム１、車上通信サーバ１１、地上システム５、地上通信サーバ５１を、それぞれ、車上システム１ａ、車上通信サーバ１１ａ、地上システム５ａ、地上通信サーバ５１ａとする。

図９は、本実施の形態の車上通信サーバ１１ａおよび地上通信サーバ５１ａの構成例を示す図である。車上通信サーバ１１ａおよび地上通信サーバ５１ａは、ネットワーク通信部６０と、通信情報収集部６１と、切替判定部６２と、最適回線切替部６３と、ヘッダ付与部６４と、ヘッダ削除部６５と、順序制御部６６ａと、端末通信部６７と、未Ａｃｋデータ送信部６８と、未Ａｃｋデータ保持部６９と、を備える。未Ａｃｋデータ送信部６８は、回線切り替え時にＡｃｋを受信していないデータを再送する制御を行う。未Ａｃｋデータ保持部６９は、送信したデータを保持および削除する制御を行う。

つづいて、列車通信システムにおいて、列車通信方法として地上システム５ａの地上端末５２と車上システム１ａの車上機器１２との間でデータを送受信する際の最適回線の選択方法について説明する。ここでは、地上システム５ａの地上端末５２から車上システム１ａの車上機器１２にデータを送信する際の最適回線の選択方法について説明する。図１０は、本実施の形態における地上から車上へデータを送信する際の通信方法を示すシーケンス図である。また、図１１は、本実施の形態における車上通信サーバ１１ａおよび地上制御サーバ５１ａにおける最適回線の選択処理を示すフローチャートである。

地上通信サーバ５１ａでは、通信情報収集部６１が、ネットワーク通信部６０経由で、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、無線ＬＡＮのネットワークに接続する各ルータ５４〜５６から定期的に通信情報を取得する（ステップＳ１〜Ｓ３）。

地上通信サーバ５１ａでは、切替判定部６２が、通信情報収集部６１で取得した通信情報を用いて、最適回線候補を決定する。ここでも、実施の形態１と同様、条件として通信速度の速い回線を選択する場合について説明する。収集した通信情報から通信速度の速いものを最適回線候補として決定し、Ｖ１＝最適回線候補の通信速度、Ｖ２＝現在通信で使用している回線の通信速度を求める（ステップＳ４）。図１０の例では、収集した通信時情報の通信速度がＷｉＭＡＸ４Ｍｂｐｓ、ＬＴＥ２Ｍｂｐｓ、無線ＬＡＮ１Ｍｂｐｓのため、ＷｉＭＡＸを最適回線候補とする。

切替判定部６２は、システムの起動直後などでは、最適回線候補と使用している回線が同一ではなく（ステップＳ５：Ｎｏ）、使用する回線（最適回線）が未決定のため（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ＷｉＭＡＸ回線を最適回線として切り替える判定を行い、最適回線切替部６３が、実際の回線をＷｉＭＡＸ回線に切り替える制御を行う。このとき、切替判定部６２では、ＷｉＭＡＸ回線に切り替えた時刻として、切替時刻Ｔ１＝現在時刻を保持する（ステップＳ８）。

ここで、未Ａｃｋデータ送信部６８は、未Ａｃｋデータ保持部６９に保持されているデータを、切り替え後の回線を用いて、車上システム１ａの車上機器１２側へ送信する制御を行う（ステップＳ１０）。なお、システムの起動直後や保持されているデータが無い場合には、ステップＳ１０の処理を省略する。

切替判定部６２では、タイマ（例えば、１秒）を起動し（ステップＳ９）、タイムアウト後、通信情報収集部６１が通信情報を取得する処理を繰り返す。

車上通信サーバ１１ａでは、通信情報収集部６１が、ネットワーク通信部６０経由で、ルータ５４〜５６から定期的に通信情報を取得する（ステップＳ１〜Ｓ３）。図１０では、２回目に取得した通信情報が、ＷｉＭＡＸ２Ｍｂｐｓ、ＬＴＥ４Ｍｂｐｓ、無線ＬＡＮ１Ｍｂｐｓであることから、切替判定部６２は、最適回線候補をＬＴＥとし、Ｖ１＝４Ｍｂｐｓとなる。また、現在通信している回線はＷｉＭＡＸであることからＶ２＝２Ｍｂｐｓとなる（ステップＳ４）。

切替判定部６２は、最適回線候補と使用している回線が同一ではないため（ステップＳ５：Ｎｏ）、Ｖ１−Ｖ２＝２Ｍｂｐｓと切替判定値Ｄを比較する（ステップＳ６）。切替判定値Ｄは、例えば、０．５Ｍｂｐｓのように規定値として予め設定しておく。切替判定部６２は、Ｖ１−Ｖ２が切替判定値Ｄより大きいことから（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ＬＴＥ回線を最適回線として切り替える判定を行い、最適回線切替部６３が、実際の回線をＷｉＭＡＸ回線からＬＴＥ回線に切り替える制御を行う。このとき、切替判定部６２では、ＬＴＥ回線に切り替えた時刻として、切替時刻Ｔ１＝現在時刻を保持する（ステップＳ８）。

ここで、未Ａｃｋデータ送信部６８は、未Ａｃｋデータ保持部６９に保持されているデータを、切り替え後の回線（ＬＴＥ回線）を用いて、車上システム１ａの車上機器１２側へ送信する制御を行う（ステップＳ１０）。すなわち、未Ａｃｋデータ送信部６８は、未Ａｃｋデータ保持部６９を確認することにより、ＷｉＭＡＸ回線で送信していたデータの中から、通信先の車上通信サーバ１１ａからＡｃｋを受信していないデータを確認し、未Ａｃｋのデータを切り替え後の回線（ＬＴＥ回線）で送信する。このとき、ヘッダ付与部６４が、替え後の回線（ＬＴＥ回線）のアドレスを新たに新ＩＰヘッダ７１に付与し、ネットワーク通信部６０から送信を行う。

実施の形態１と同様、最適回線候補が現在通信に使用している回線と同一の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、切替判定部６２では、切替判定を行う必要がないことから、切替判定処理を省略してタイマを起動する（ステップＳ９）。以降の処理は前述の処理と同様である。

つぎに、地上通信サーバ５１ａのデータ送信処理について説明する。図１２は、本実施の形態における車上通信サーバ１１ａおよび地上通信サーバ５１ａのデータ送信処理を示すフローチャートである。地上通信サーバ５１ａでは、端末通信部６７が、地上端末５２から車上機器１２宛のデータを受信する。端末通信部６７は、宛先である車上通信サーバ１１ａの代表アドレスＡ５を取得し（ステップＳ１１）、送信元である地上通信サーバ５１ａの代表アドレスＡ１を取得する（ステップＳ１２）。端末通信部６７は、取得した代表アドレスを、ＩＰヘッダ７２において、宛先として車上通信サーバ１１ａの代表アドレスＡ５、送信元として地上通信サーバ５１ａの代表アドレスＡ１、として設定する。

最適回線切替部６３は、切替判定部６２から現在の最適回線の情報を取得する（ステップＳ１３）。最適回線として、図１０の回線切り替え後であれば、ＬＴＥを取得する。なお、取得した回線の情報が異なるときは、回線を切り替える制御を行う。

ヘッダ付与部６４は、送信するパケットにヘッダを付与する（ステップＳ１４）。付与するヘッダは、図６に示す新ＩＰヘッダ７１である。新ＩＰヘッダ７１には、宛先として
車上通信サーバ１１ａのＬＴＥアドレスＡ７、送信元として地上通信サーバ５１ａのＬＴＥアドレスＡ３を設定する。

そして、ネットワーク通信部６０は、パケット（データ）をルータ５５経由で送信し（ステップＳ１５）、さらに、本実施の形態では、未Ａｃｋデータ保持部６９に、ステップＳ１５で送信したデータを保持する（ステップＳ１６）。

つぎに、車上通信サーバ１１ａのデータ受信処理について説明する。図１３は、本実施の形態における車上通信サーバ１１ａおよび地上通信サーバ５１ａのデータ受信処理を示すフローチャートである。車上通信サーバ１１ａでは、ネットワーク通信部６０が、地上通信サーバ５１から送信されたパケットを受信し、ヘッダ削除部６５が、パケットから新ＩＰヘッダ７１を削除する（ステップＳ２１）。

順序制御部６６ａは、受信したパケットがＡｃｋかどうかを確認する（ステップＳ２４）。受信したパケットがＡｃｋではない、すなわちデータのとき（ステップＳ２４：Ｎｏ）、順序制御部６６ａは、パケットの順序が逆転した場合、整形により順序制御する（ステップＳ２２）。そして、端末通信部６７は、車上機器１２へデータを送信し（ステップＳ２３）、さらに、本実施の形態では、当該データに対応するＡｃｋを地上通信サーバ５１ａ宛に送信する制御を行う（ステップＳ２５）。なお、Ａｃｋを送信する処理は、送信データを保持する以外、図１２において端末通信部６７からデータを送信する場合と同様である。

車上通信サーバ１１ａでは、受信したパケットがＡｃｋの場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、順序制御部６６ａは、未Ａｃｋデータ保持部６９で保持しているデータのうち、受信したＡｃｋに対応するデータを削除する（ステップＳ２６）。

なお、本実施の形態では、順序制御部６６ａが、受信したパケットがＡｃｋかどうかを確認し、未Ａｃｋデータ保持部６９で保持しているデータを削除する制御を行っているが、一例であり、これに限定するものではない。例えば、受信したパケットがＡｃｋかどうかを確認し、未Ａｃｋデータ保持部６９で保持しているデータを削除する制御する別の構成を新たに設けてもよい。

また、本実施の形態では、地上システム５ａの地上端末５２から車上システム１ａの車上機器１２へデータを送信する場合について説明したが、一例であり、実施の形態１と同様、車上システム１ａの車上機器１２から地上システム５ａの地上端末５２へデータを送信する場合についても同様の処理として説明することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、地上通信サーバ５１ａ（または車上通信サーバ１１ａ）は、使用する回線を切り替えた際に、通信先から受信が確認されていないデータを送信することとした。これにより、通信速度が速い回線に切り替えた場合でもパケットの順序が変わることを防ぐことができる。

なお、実施の形態１、２では、列車側と地上と通信を行う場合について説明したが、移動する対象は列車に限定するものではなく、例えば、航空機、船舶、バス等との通信システムにも適用可能である。

以上のように、本発明にかかる列車通信システムは、通信を行う一方が移動する通信システムに有用であり、特に、列車と通信を行う場合に適している。

１，１ａ車上システム、２，３，４ネットワーク、５，５ａ地上システム、１１，１１ａ車上通信サーバ、１２車上機器、１３ＳＷ、１４ＷｉＭＡＸ制御装置、１５ＬＴＥ制御装置、１６無線ＬＡＮ制御装置、５１，５１ａ地上通信サーバ、５２地上端末、５３ＳＷ、５４，５５，５６ルータ、６０ネットワーク通信部、６１通信情報収集部、６２切替判定部、６３最適回線切替部、６４ヘッダ付与部、６５ヘッダ削除部、６６，６６ａ順序制御部、６７端末通信部、６８未Ａｃｋデータ送信部、６９未Ａｃｋデータ保持部。

Claims

列車に搭載された車上システムおよび地上に設置された地上システムから構成され、前記車上システムおよび前記地上システムが複数の回線で接続し、いずれかの回線を使用して通信を行う列車通信システムであって、
前記車上システムが、前記地上システムとの間の通信を制御する車上通信サーバ、
を備え、
前記地上システムが、前記車上システムとの間の通信を制御する地上通信サーバ、
を備え、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバは、
前記複数の回線の通信状態を示す通信情報を周期的に収集し、収集した通信情報および回線を切り替えてからの経過時間に基づいて、通信に使用する回線を切り替えるかどうかを判定し、
収集した通信情報のうち通信速度が最も速い回線の第一の通信速度と現在通信に使用している回線の第二の通信速度とを比較し、前記第一の通信速度が前記第二の通信速度より速く、前記第一の通信速度と前記第二の通信速度との差分があらかじめ規定された切替判定値以下のときは、前回回線を切り替えてからの経過時間があらかじめ規定された切替判定時間以上の場合に、前記第一の通信速度の回線に切り替える判定をする、
ことを特徴とする列車通信システム。
列車に搭載された車上システムおよび地上に設置された地上システムから構成され、前記車上システムおよび前記地上システムが複数の回線で接続し、いずれかの回線を使用して通信を行う列車通信システムであって、
前記車上システムが、前記地上システムとの間の通信を制御する車上通信サーバ、
を備え、
前記地上システムが、前記車上システムとの間の通信を制御する地上通信サーバ、
を備え、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバは、
前記複数の回線の通信状態を示す通信情報を周期的に収集し、収集した通信情報および回線を切り替えてからの経過時間に基づいて、通信に使用する回線を切り替えるかどうかを判定し、
収集した通信情報のうち通信速度が最も速い回線の第一の通信速度と現在通信に使用している回線の第二の通信速度とを比較し、前記第一の通信速度が前記第二の通信速度より速く、前記第一の通信速度と前記第二の通信速度との差分があらかじめ規定された切替判定値より大きいときは、前記第一の通信速度の回線に切り替える判定をする、
ことを特徴とする列車通信システム。
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバは、
送信データを保持しており、使用する回線を切り替えたときは、前記送信データのうち、通信相手から受信応答を受信していない送信データを切り替え後の回線で送信する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の列車通信システム。
列車に搭載された車上システムおよび地上に設置された地上システムから構成され、前記車上システムおよび前記地上システムが複数の回線で接続し、いずれかの回線を使用して通信を行う列車通信システムにおける列車通信方法であって、
前記車上システムが、前記地上システムとの間の通信を制御する車上通信サーバを備え、前記地上システムが、前記車上システムとの間の通信を制御する地上通信サーバを備える場合に、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバが、前記複数の回線の通信状態を示す通信情報を周期的に収集する通信情報収集ステップと、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバが、収集した通信情報および回線を切り替えてからの経過時間に基づいて、通信に使用する回線を切り替えるかどうかを判定する切替判定ステップと、
を含み、
前記切替判定ステップでは、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバは、収集した通信情報のうち通信速度が最も速い回線の第一の通信速度と現在通信に使用している回線の第二の通信速度とを比較し、前記第一の通信速度が前記第二の通信速度より速く、前記第一の通信速度と前記第二の通信速度との差分があらかじめ規定された切替判定値以下のときは、前回回線を切り替えてからの経過時間があらかじめ規定された切替判定時間以上の場合に、前記第一の通信速度の回線に切り替える判定をする、
ことを特徴とする列車通信方法。
列車に搭載された車上システムおよび地上に設置された地上システムから構成され、前記車上システムおよび前記地上システムが複数の回線で接続し、いずれかの回線を使用して通信を行う列車通信システムにおける列車通信方法であって、
前記車上システムが、前記地上システムとの間の通信を制御する車上通信サーバを備え、前記地上システムが、前記車上システムとの間の通信を制御する地上通信サーバを備える場合に、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバが、前記複数の回線の通信状態を示す通信情報を周期的に収集する通信情報収集ステップと、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバが、収集した通信情報および回線を切り替えてからの経過時間に基づいて、通信に使用する回線を切り替えるかどうかを判定する切替判定ステップと、
を含み、
前記切替判定ステップでは、
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバは、収集した通信情報のうち通信速度が最も速い回線の第一の通信速度と現在通信に使用している回線の第二の通信速度とを比較し、前記第一の通信速度が前記第二の通信速度より速く、前記第一の通信速度と前記第二の通信速度との差分があらかじめ規定された切替判定値より大きいときは、前記第一の通信速度の回線に切り替える判定をする、
ことを特徴とする列車通信方法。
前記車上通信サーバおよび前記地上通信サーバが、送信データを保持しており、使用する回線を切り替えたときは、前記送信データのうち、通信相手から受信応答を受信していない送信データを切り替え後の回線で送信するデータ再送ステップ、
を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の列車通信方法。