JP6761694B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、予め定められた地理的経路上に固定配置されたセンサ等と通信するのに好適
な、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

輸送システムのうち、鉄道分野においては、例えば営業列車などを用いて、多頻度で設
備状態に関するデータを計測し、設備の劣化状態を高精度に推定する研究が行われている
。そして、鉄道に代表される輸送システムを構成する設備のメンテナンスコストを低減さ
せるため、設備の状態を人手で計測する代わりに、設備に取り付けられたセンサで設備の
状態を計測し、センサに接続された端末無線装置が計測データを無線通信により列車上に
配備された集約無線装置に送信する列車無線システムがある（例えば特許文献１を参照）
。

特許文献１にあるように、現状では、センサ駆動のため外部より電源供給することは難
しいため、センサには太陽光発電素子およびキャパシタなどの蓄電素子が搭載されるが、
それらは極めて小容量とならざるを得ない。冬季や曇天時などでも安定してデータ計測す
るためには、センサ及び端末無線装置自体の省電力が要求される。そこで、無線通信で消
費する電力を低減するために、非特許文献１で提示される類の低電力消費の無線通信規格
が用いられる。

特開２０１２−１６９９０号公報

IEEE 802.15.4−2003 Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low−Rate Wireless Personal Area Networks (LR−WPANs)，IEEE Computer Society，Section 7.5.1.3

特許文献１にある列車無線システムにより、軌道上の設備に設置されたセンサが設備の
状態について計測した計測データを、高速で移動する列車上の集約無線装置が収集するこ
とが可能になった。しかしながら、無線通信可能な領域に複数の端末無線装置が配置され
ていた場合、同領域内で一時点において無線チャネルを使用し無線通信可能な端末無線装
置は１つであるため、無線送信権の取得処理と取得待ち時間が生じる。さらに、列車上の
集約無線装置がこれら複数の端末無線装置が送信する計測データを受信できるのは、端末
無線装置の無線通信可能領域に存在する時のみである。このため、高速移動（例えば時速
200km超）する列車が無線通信可能領域を通過する間に全ての計測データを受信すること
が困難である。

無線通信に使用する無線チャネルについて、端末無線装置と集約無線装置に異なる無線
チャネルを予め割り当て固定し、無線チャネルの数以上の集約無線装置を列車上に配置す
ることで、列車が無線通信可能領域を通過する間に全ての計測データを受信することを容
易にできる。

しかしながら、軌道上の設備に設置されたセンサの数が多く、使用する無線チャネルが
多くなった場合、列車に配置する集約無線装置もその分多く配置する必要がある。列車に
配置できる集約無線装置の数に制限がある場合においては、集約無線装置を必要な数だけ
配置できない。

さらに、端末無線装置と集約無線装置に異なる無線チャネルを予め割り当て固定する場
合、移動する列車がある端末無線装置との無線通信可能領域を通過する際に、無線通信可
能な集約無線装置の数が、全ての端末無線装置と集約無線装置に同じ無線チャネルを割り
当てる特許文献１にある列車無線システムの場合と比較し少なくなるため、全ての計測デ
ータを受信するのが困難となる。

本発明は、この課題を解決するものである。本発明は、無線通信可能な領域に端末無線
装置が複数配置されていた場合においても、列車上の集約無線装置がこれら複数の端末無
線装置が送信する計測データを、無線通信可能領域を通過する間に全て受信することを容
易にするものである。

上記課題を解決する本発明の一側面は、車両の移動経路に沿って設けられた複数の端末
無線装置と、車両に搭載される複数の集約無線装置とを備え、車両の移動中に端末無線装
置が集約無線装置と無線通信を行う無線通信システムである。このシステムでは、端末無
線装置と集約無線装置が無線により通信可能な空間としてゾーンを定義する。集約無線装
置は、端末無線装置が送信した無線パケットを受信する無線通信部と、無線通信設定テー
ブルを格納する不揮発性記憶部を備える。無線通信設定テーブルは、端末無線装置を特定
する端末無線装置識別子と、端末無線装置識別子に対応付けられた無線チャネルのチャネ
ル情報を格納し、同一のゾーンに、複数の端末無線装置が含まれる場合には、複数の集約
無線装置が、それぞれ異なる無線チャネルにより、無線パケットを受信し、同一のゾーン
に、単一の端末無線装置が含まれる場合には、複数の集約無線装置が、同一の無線チャネ
ルにより、無線パケットを受信するように、無線通信設定テーブルのチャネル情報を設定
している。

本発明の他の一側面は、車両の移動経路に沿って設けられた複数の端末無線装置と、車
両に搭載される複数の集約無線装置とを備え、端末無線装置と集約無線装置が無線通信に
て通信する無線通信方法である。この方法では、複数の集約無線装置は、其々が無線通信
のための独自の制御情報を用いる。制御情報は、端末無線装置を一意に識別する端末無線
装置識別子と、端末無線装置識別子で識別される端末無線装置が属するゾーンを識別する
ゾーン識別子と、端末無線装置識別子で識別される端末無線装置と通信するためのチャネ
ルを特定するチャネル番号と、集約無線装置が通信する端末無線装置の時間的順序を特定
する順序情報と、を有する。チャネル番号は、複数の集約無線装置が用いる複数の制御情
報において、同一のゾーンに属する端末無線装置では重複しないように設定されており、
複数の集約無線装置は、自己の位置情報と制御情報で定まるタイミングで、次に通信する
べき端末無線装置のためにチャネルの設定を行う。

本発明の他の一側面は、車両の移動路線に沿って設けられたセンサと、センサに接続さ
れている端末無線装置と、車両に搭載される複数の集約無線装置と、データ処理装置とを
備え、センサが計測したデータを、端末無線装置が、集約無線装置のいずれかまたは全て
に無線通信にて伝送する沿線モニタリングシステムである。このシステムでは、端末無線
装置は少なくとも、センサを用いて任意の設備の状態を計測する計測部と、計測部で得ら
れた計測データを含む無線パケットを集約無線装置に送信する無線部を具備する。データ
処理装置は少なくとも、端末無線装置の設置位置と、無線通信に使用する無線チャネルの
情報を保存する不揮発性記憶部と、集約無線装置が、端末無線装置と無線通信するために
用いる無線チャネルを計算する処理部と、計算結果を集約無線装置に転送する入出力イン
タフェースを備える。集約無線装置は少なくとも、端末無線装置が送信した無線パケット
を受信する無線通信部と、データ処理装置から無線通信に使用する無線チャネルの情報を
受け取る入出力インタフェースと、データ処理装置から転送される無線チャネルの情報を
保存する不揮発性記憶部を備える。そして、端末無線装置が送信する無線パケットを、車
両の異なる位置に搭載した複数の集約無線装置で受信する。

以上の手段により、端末無線装置が無線通信可能な領域に複数配置されている場合でも
、車両上の集約無線装置は無線通信可能領域を通過する間に受信することが容易となる。

本発明の実施例１における沿線モニタリングシステムの構成概念図である。 上記実施例１におけるデータ処理装置の構成ブロック図である。 上記実施例１における集約無線装置の構成ブロック図である。 上記実施例１におけるデータテーブルである端末無線装置情報テーブルの表図である。 上記実施例１におけるデータテーブルである無線通信設定テーブルの表図である。 上記実施例１におけるデータテーブルである端末無線装置情報テーブルから無線通信設定テーブルを生成するフローチャートである。 上記実施例１における集約無線装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例２における沿線モニタリングシステムの構成概念図である。 上記実施例２における計測データ受信メッセージの構成図である。 上記実施例２における集約無線装置の動作を説明するフローチャートである。 上記実施例３における沿線モニタリングシステムの構成概念図である。 上記実施例３における集約無線装置の動作を説明するフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。ただし、本
発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思
想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば
容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の
符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。また、同一部
分又は同様な機能を有する部分が複数あり、これらを区別する必要がある場合には、同じ
符号に添え字を付して区別することがある。また、区別する必要がない場合には、添え字
を省略して示す場合がある。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にす
るため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本
発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

最初に実施例の概要を説明する。以下の実施例では、予め定められた地理的経路上を移
動する車両に複数の集約無線装置を搭載し、端末無線装置と通信する構成を例に説明する
。端末無線装置は、特定の無線チャネルを用いて、例えば付属するセンサで得られた計測
データを周期的に送信する。

無線通信可能な領域に複数配置されている端末無線装置は、お互い異なる無線チャネル
を用いて計測データを送信する。車上の各集約無線装置も同様にお互い異なる無線チャネ
ルを使用する。これにより一時点に複数の端末無線装置が通信可能となる。

端末無線装置が集約無線装置との通信に使用する無線チャネルは、端末無線装置を対象
の設備に設置する際に設定する。また、車両が走行を開始する地点を基点とし、この基点
から、車両が予め定められた地理的経路上を移動する際に、車両に搭載された集約無線装
置が、端末無線装置に遭遇する順番も、端末無線装置を対象の設備に設置する際に、記録
する。

車両走行時に、車両に搭載された集約無線装置が遭遇する端末無線装置の順番と、その
端末無線装置が使用する無線チャネルを識別する無線チャネル番号から、各集約無線装置
が車両走行時に端末無線装置と通信するために使用する無線チャネル及びその順番を、車
両走行前に設定する。車両走行時において、各集約無線装置は、端末無線装置から計測デ
ータを受信するか、あるいは次に遭遇する端末無線装置と無線通信可能な領域内に入った
ときに、この順番に従い無線チャネルを切り替える。

同一の無線通信可能な領域に含まれる複数の送信装置が同時に無線によりデータを送信
しようとした場合、送信装置間で送信権取得の待ち時間が生じるため、移動する車両内の
複数の受信装置が、送信された全てのデータを受信する前に、無線通信可能な領域を通過
する惧れがある。本実施例では、例えば、同一の無線通信可能な領域に含まれる端末無線
装置は、それぞれ異なる無線チャネルによりそれぞれ無線パケットを送信する。例えば、
移動する車両上の集約無線装置ａは端末無線装置ａと同じ無線チャネルにより無線パケッ
トを受信し、集約無線装置ｂは端末無線装置ｂと同じ無線チャネルにより無線パケットを
受信し、集約無線装置ｃは端末無線装置ｃと同じ無線チャネルにより無線パケットを受信
する。集約無線装置は、車両走行前に計算された通信用の無線チャネルとその使用順を元
に、車両走行中に使用する無線チャネルを切り替え、端末無線装置が送信する無線パケッ
トを受信する。さらに詳細な構成及び効果は、以下の実施例により明らかになるであろう
。

（１．全体構成）
図１は実施例１の全体構成である。センサに付随する端末無線装置１が、計測データを
無線パケット３により、列車上の集約無線装置（ゲートウェイ）２に送信する。集約無線
装置２は、受信した計測データをさらに上位の装置に有線あるいは無線で転送する。ある
いは、計測データを集約無線装置２に付随する記憶装置に格納する。点線で囲む領域４は
端末無線装置１と集約無線装置２が無線により通信可能な空間を示す無線通信可能領域で
あり、以後ゾーンと呼称する。

車両５の走行前に、データ処理装置７にて、端末無線装置１を配置した際に記録した地
理的情報から、集約無線装置２が通信に使用する無線チャネルを計算し、無線パケット８
にて集約無線装置２に計算結果を転送する。

（２．ゾーン）
ゾーン４とは、端末無線装置１と集約無線装置２が無線により通信可能な空間であり、
図１では点線で囲まれるゾーン４として示す。ゾーンはゾーン識別子にて一意に識別する
。
ゾーンには端末無線装置１が一つしか含まれない場合もあれば、複数含まれる場合もある
。例として図１のゾーン４には、端末無線装置１−ａ、１−ｂ、１−ｃの３つが含まれる
。
ゾーンの大きさはシステム構成や無線装置の性能にもよるが、例えば半径数十〜数百メー
トル程度である。

端末無線装置１と集約無線装置２が通信可能な範囲は端末無線装置１毎に微妙に異なる
が、本明細書では、例えば３つの端末無線装置１−ａ、１−ｂ、１−ｃが同時に所定の集
約無線装置２と通信可能な範囲をゾーン４としている。すなわち、３つの端末無線装置の
通信可能な範囲の重複部分を、ゾーン４のように定義している。すなわち、図１のゾーン
４は、集約無線装置２が端末無線装置１−ａ、１−ｂ、１−ｃのいずれとも通信可能な範
囲である。ゾーン４に含まれる端末無線装置１の数は１個以上で自由に設定できるが、列
車に搭載される集約無線装置２の数以下であるとする。

（３．複数端末無線装置との同時無線通信）
図１では、ゾーン４内に３つの端末無線装置１が存在する。非特許文献１に示すように
ゾーン４内では同じ無線チャネルにより同時に複数の無線通信を行うことが出来ない。そ
こで、列車上の集約無線装置２がゾーン４を通過する間に複数の（理想的には全ての）端
末無線装置１から送信される無線パケット３を受信出来るように、端末無線装置１はそれ
ぞれ異なる無線チャネルを使用して通信を行う。

集約無線装置２は、どの端末無線装置１がどの無線チャネルを使用して無線通信を行う
かを通信前に認識し、無線通信の設定を行う。データ処理装置７は各集約無線装置２がこ
れを実施するために必要な情報を無線通信設定テーブル（図５を用いて後に説明する）と
して生成し、車両走行前に各集約無線装置２の不揮発記憶領域に設定する。

データ処理装置７は無線通信設定テーブルを生成するために、端末無線装置１が使用す
る無線チャネルと、車両が端末無線装置１に遭遇する順番と、端末無線装置１の配置位置
と、端末無線装置１が所属するゾーンと、端末無線装置１が無線通信可能な距離を記した
端末無線装置情報テーブル（図４を用いて後に説明する）を使用する。

（４．データ処理装置の構成）
図２にデータ処理装置７の構成を示す。データ処理装置７は、データを処理する処理部
２０１と、処理のために一時的にデータを格納する記録部２０２と、外部とのデータの入
出力を行う入出力インタフェース２０３と、永続的にデータを保存するための不揮発性記
憶部２０４と、集約無線装置２と通信を行う無線通信部２０５と、これらの間でデータの
通信を行うためのバス２０６を具備する。

データ処理装置７は、不揮発性記憶部２０４に、端末無線装置情報テーブル４００と無
線通信設定テーブル５００を記憶している。データ処理装置７は、無線通信設定テーブル
５００を、無線通信部２０５を介し、集約無線装置２の不揮発性記憶部３０５に転送する
ことができる。

以下で説明するように本実施例では、端末無線装置情報テーブル４００と無線通信設定
テーブル５００は、データ処理装置７で自動的に生成し、集約無線装置２に無線で転送す
ることにしている。ただし、このようなテーブルの情報は、汎用のコンピュータを用いて
、あるいは、手作業でも作成することができる。また、テーブルは、有線もしくは可搬性
記録媒体を介して、集約無線装置２に格納することもできる。

（５．集約無線装置の構成）
図３に集約無線装置２の構成を示す。集約無線装置２は、端末無線装置１からの無線パ
ケット３とデータ処理装置７からの無線パケット８を受信する無線通信部３０１と、デー
タを処理する制御部３０２と、処理のために一時的にデータを格納する記録部３０３と、
衛星等より位置情報を取得するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）３０４
と、永続的にデータを保存するための不揮発性記憶部３０５と、これらの間でデータの通
信を行うためのバス３０６を具備する。

不揮発性記憶部３０５は、無線通信設定テーブル５００を格納する。無線通信設定テー
ブル５００は、集約無線装置２が端末無線装置１からの送信を受信するための設定を行う
ための情報である。これは、データ処理装置７が格納する無線通信設定テーブル５００の
少なくとも一部のコピーとなる。

（６．端末無線装置情報テーブルの生成）
図４に端末無線装置情報テーブル４００の構成例を示す。端末無線装置情報テーブル４
００内の情報は、端末無線装置１の製造時及び配置時に決定される。これを電子記録とし
、例えば、データ処理装置７の無線通信部２０５を介す等して不揮発性記憶部２０４に保
存する。

図４（ａ）に示すように、端末無線装置情報テーブル４００は、端末無線装置識別子４
０１と、基点６からの配置順４０２と、端末無線装置の緯度４０３と、端末無線装置の経
度４０４と、ゾーン識別子４０５と、ゾーン内の端末無線装置数４０６と、無線通信可能
距離４０７と、無線チャネル番号４０８を１レコードにしたデータテーブルである。

端末無線装置識別子４０１は端末無線装置１の識別子であり、端末無線装置製造時に決
定される。

基点６からの配置順４０２は端末無線装置１が基準点、例えば基点６からみて距離的に
何番目に配置されているかを示す順序であり、端末無線装置１の設置時に決定される。こ
の順序情報は、列車すなわち集約無線装置２が端末無線装置１と遭遇する順序を反映して
いる。

緯度４０３は、端末無線装置１の配置箇所の緯度であり、端末無線装置設置時に決定さ
れる。経度４０４は、端末無線装置１の配置箇所の経度であり、端末無線装置設置時に決
定される。これらは位置を示す情報であれば、緯度経度に限る必要はない。

ゾーン識別子４０５はゾーン４の識別子であり、端末無線装置１の配置時に決定される
。ゾーン内の端末無線装置数４０６は、ゾーン識別子で指定されるゾーンに含まれる端末
無線装置１の数であり、端末無線装置配置時に端末無線装置の緯度と経度と無線通信可能
距離等から決定される。

無線通信可能距離４０７は、端末無線装置１が無線通信可能な距離であり、端末無線装
置製造時に装置性能や環境等に基づいて決定される。

無線チャネル番号４０８は端末無線装置１が無線通信に使用する無線チャネルの番号で
あり、端末無線装置設置時に決定される。

図４（ｂ）の例では、ゾーン識別子４０５が「１」を有するゾーン４内には、端末無線
装置識別子４０１が「ＳＮ００２４」「ＳＮ００１２」「ＳＮ０４１３」である３つの端
末無線装置１が存在する。これらの使用する無線チャネルは、無線チャネル番号４０８で
示すように、それぞれ「２６」「１１」「１９」の異なるチャネルに設定されている。従
って、同一のゾーン内でも同時の通信が可能となる。チャネルは例えば１０〜２０種類の
周波数帯から選択し、ゾーン内で重複しないように割り振ればよい。なお、周波数以外の
手段を用いてチャネルを分離してもよい。

以上のように、端末無線装置情報テーブル４００に含まれる内容は、端末無線装置１設
置時に決まる。端末無線装置情報テーブル４００は管理者等が手作業で作成してもよいし
、コンピュータ等により自動的に生成してもよいが、電子情報として記録する。

（７．無線通信設定テーブルの生成と転送）
図５は、無線通信設定テーブル５００の例を示す表図である。

図６は、無線通信設定テーブル５００を生成する処理例６００を示すフローチャートで
ある。

データ処理装置７は、車両５の走行前（すなわち集約無線装置２の通信前）に、端末無
線装置情報テーブル４００を、入出力インタフェース２０３を介して不揮発性記憶部２０
４に格納し、図５に示す無線通信設定テーブル５００を、図６に示す処理で生成する。そ
して、無線通信設定テーブル５００を、無線通信部２０５を介す等して、集約無線装置２
の不揮発性記憶部３０５に転送する。

図５（ａ）に示すように、無線通信設定テーブル５００は、端末無線装置識別子５０１
と、基点６からの配置順５０２と、端末無線装置の緯度５０３と、端末無線装置の経度５
０４と、無線通信可能距離５０７と、無線チャネル番号５０８を１レコードにしたデータ
テーブルである。

図６では、データ処理装置７の処理部２０１が、例えば記録部２０２や不揮発性記憶部
２０４に格納されたプログラムを、ハードウェア資源を用いて実行することにより、以下
の各処理を実行する。

開始６００の後、処理６０１にて、端末無線装置情報テーブル４００内のレコードを、
基点６からの配置順４０２が昇順となるよう並び替える。図４（ｂ）（ｃ）にて並べ替え
の例を示す。

図４（ｂ）に示す端末無線装置情報テーブル例（並べ替え前）４００Ａは、処理６０１
にて並べ替える前の端末無線装置情報テーブルの例である。図４（ｃ）に示す端末無線装
置情報テーブル例（並べ替え後）４００Ｂは、処理６０１にて基点６からの配置順４０２
が昇順となるように並べ替えた端末無線装置情報テーブルである。この例では、レコード
の総数Ｍ＝７としている。

端末無線装置情報テーブル（並べ替え後）４００Ｂは、集約無線装置２が通信すべき端
末無線装置１を、通信すべき順に並べ替えたものであり、基点６からの配置順４０２がそ
の順序を示している。端末無線装置情報テーブル（並べ替え後）４００Ｂを参照すること
により、例えば端末無線装置識別子「ＳＮ０４１３」の装置は、端末無線装置識別子「Ｓ
Ｎ００２４」より後に通信し、端末無線装置識別子「ＳＮ００１９」より先に通信すると
いうことが分かる。

続いて処理６０２を実行する。処理６０２にて、列車に搭載される集約無線装置２の総
数を示す変数Ｃに列車に搭載される集約無線装置２の総数を代入する。続いて処理６０３
を実行する。図１における例では、変数Ｃの値は３となる。

処理６０３にて、端末無線装置情報テーブル４００内のレコードの総数を示す変数Ｍに
端末無線装置情報テーブル４００内のレコードの総数を代入する。図４における例では、
変数Ｍの値は７となる。続いて処理６０４を実行する。

処理６０４にて、処理部２０１が記録部２０２に次に読み込む端末無線装置情報テーブ
ル４００内のレコードの番号を示す変数ｍに１を代入する。続いて処理６１０を実行する
。処理６１０にて、変数ｍの値が変数Ｍの値を超えないかどうかを検査する。超える場合
は、処理６０５にて車両に搭載される各集約無線装置２に無線通信設定テーブル５００を
、無線通信部２０５を介して転送し、処理を終了する。超えない場合は、集約無線装置識
別子の値を示す変数ｃに１を代入し、処理６２０を実行する。

処理６２０にて、変数ｃの値が変数Ｃの値を超えないかどうかを検査する。超える場合
は、変数ｍにゾーンの端末無線装置数を示す変数ｋの値を加える処理６１２を実行する。
変数ｋには、端末無線装置情報テーブル４００内のレコードｍにおける、ゾーン内の端末
無線装置の個数４０６を代入する。処理６１２を実行後、処理６１０を実行する。

超えない場合は、ゾーン内の端末無線装置数を示す変数ｋに端末無線装置情報テーブル
４００内のレコードｍにおける、ゾーン内の端末無線装置数４０６を代入する処理６２１
を実行し、続いて処理６２２を実行する。

処理６２２にて、変数ｃの値で示される集約無線装置２が通信する端末無線装置１の情
報が記載された、端末無線装置情報テーブル４００内のレコードを示す変数ｒにｍ＋（(
ｃ＋ｋ−1） ｍｏｄ ｋ）を代入する。ここで「ｍｏｄ」は、数値を除数ｋで割ったと
きの余りを返す演算である。続いて処理６２３を実行する。

処理６２３にて、変数ｃの値で示される集約無線装置２用の無線通信設定テーブル５０
０に、端末無線装置情報テーブル４００内のレコードrにおける端末無線装置識別子４０
１と基点６からの配置順４０２と緯度４０３と経度４０４と無線通信可能距離４０７と無
線チャネル番号４０８を1つの新しいレコードとして挿入する。

処理６２４にて、変数ｃに１を加える。その後、処理６２０を実行する。

（８．無線通信設定テーブル）
以上のように作成された無線通信設定テーブル５００は、端末無線装置１と集約無線装
置２の通信条件を設定するものである。各集約無線装置２は、無線通信設定テーブル５０
０により、自装置がどのようなスケジュールで各端末無線装置１と通信するかを事前に知
ることができ、事前のチャネル設定が可能となる。

図５（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す５００ａと５００ｂと５００ｃは、車両に搭載される集
約無線装置２の数が図１の例における３であり、端末無線装置情報テーブルが図４の例４
００Ａ，４００Ｂであった場合の無線通信設定テーブルの例である。

図５（ｂ）の無線通信設定テーブル例５００ａは、集約無線装置２−ａが使用する無線
通信設定テーブルである。図５（ｃ）の無線通信設定テーブル例５００ｂは、集約無線装
置２−ｂが使用する無線通信設定テーブルである。図５（ｄ）の無線通信設定テーブル例
５００ｃは、集約無線装置２−ｃが使用する無線通信設定テーブルである。其々のレコー
ド総数Ｄ＝４である。この例では、各集約無線装置２が、自分の無線通信設定テーブル５
００を、不揮発性記憶部３０５に格納することにしたが、利用することができれば格納場
所は別の場所でもよい。

図５（ｂ）（ｃ）（ｄ）の端末無線装置情報テーブル５００ａ、５００ｂ、５００ｃで
、端末無線装置識別子５０１が「ＳＮ００１２」、「ＳＮ００２４」、「ＳＮ０４１３」
で示される各端末無線装置１は、ゾーン識別子４０５が「１」で識別されるゾーンに属し
ている（図４参照）。このため、集約無線装置２は車両がゾーンを通過する際、これら３
つの端末無線装置と同時に通信する。「ＳＮ００１２」との通信はｃ＝１で識別される集
約無線装置２−ａが無線チャネル番号「１１」で識別される無線チャネルで無線パケット
３−ａを受信し、「ＳＮ００２４」との通信はｃ＝２で識別される集約無線装置２−ｂが
無線チャネル番号「２６」で識別される無線チャネルで無線パケット３−ｂを受信し、「
ＳＮ０４１３」との通信はｃ＝３で識別される集約無線装置２−ｃが無線チャネル番号「
１９」で識別される無線チャネルで無線パケット３−ｃを受信する。このように、各集約
無線装置２は、ゾーン識別子「１」のゾーンで、自装置の相手となる端末無線装置１と使
用チャネルを事前に認識し、通信チャネルを排他的に設定することができる。

端末無線装置識別子５０１が「ＳＮ００１９」で示される端末無線装置は、ゾーン識別
子４０５が「２」で識別されるゾーンに属している（図４参照）。この例では、同ゾーン
内には他に端末無線装置１は存在しない。「ＳＮ００１９」との通信は集約無線装置２−
ａ、２−ｂ、２−ｃ全てが無線チャネル番号１３で識別される同じ無線チャネルで無線パ
ケット３を受信する。

図５のテーブルの作成方法の例としては、図６に示したフローがあるが、これに限るも
のではない。例えば、車両５が基点６から走行するのではなく、基点６に向かって走行す
る場合では、処理６０１はテーブル４００内のレコードを基点６からの配置順４０２が降
順となるよう並べ替える。

（９．無線チャネルの切り替え）
図７は、集約無線装置の動作を説明するフローチャートである。集約無線装置２は、車
両５が走行中、無線通信設定テーブル５００を元に端末無線装置１と通信するための無線
チャネルを切り替える。処理方法を図７に示す。

開始７００の後、処理７０１にて、無線通信設定テーブル５００内のレコードの総数を
示す変数Ｄに無線通信設定テーブル５００内のレコードの総数を代入する。図５における
例では、変数Ｄの値は４である。続いて処理７０２を実行する。

処理７０２にて、制御部３０２が記録部３０３に読み込む無線通信設定テーブル５００
内のレコードの番号を示す変数ｄに１を代入する。続いて処理７０３を実行する。

処理７０３にて、無線通信設定テーブル５００内のレコード番号ｄの無線チャネル番号
５０８で示される無線チャネルを無線通信部３０１に設定する。続いて処理７１０を実行
する。

処理７１０にて、無線通信設定テーブル５００内のレコードの番号を示す変数ｄで示さ
れるレコード内の、端末無線装置識別子５０１で示される端末無線装置から計測データを
受信した場合、処理７４０を実行する。受信していない場合、処理７２０を実行する。

処理７４０にて、いまだ未読込の無線通信設定テーブル５００内のレコードがあるかど
うかを検査し、ある場合は次の端末無線装置との通信の準備をするため処理７３１を実行
する。ない場合は、集約無線装置２は、無線通信設定テーブル５００内の最後のレコード
に記された端末無線装置１からの計測データの受信を完了したと判断し、処理を終了する
。

処理７２０にて、いまだ未読込の無線通信設定テーブル５００内のレコードがあるかど
うかを検査し、ある場合は処理７２１を実行する。ない場合は、集約無線装置２は、無線
通信設定テーブル５００内の最後のレコードに記された端末無線装置１からの計測データ
を受信しようとしていると判断し、処理７１０を実行する。

処理７２１にて、ＧＮＳＳ３０４より集約無線装置２の現在の緯度と経度を取得する。
続いて処理７３０を実行する。

処理７３０にて、処理７２１にて取得した集約無線装置２の現在の緯度と経度と、変数
ｄで示される無線通信設定テーブル５００内のレコードの次のレコードの緯度５０３と経
度５０４から、集約無線装置２と端末無線装置識別子５０１で示される端末無線装置との
間の距離を計算する。そして、当該距離が、無線通信可能距離５０７より小さいかどうか
を検査する。

小さい場合は、集約無線装置２が次に通信する端末無線装置と通信可能になったと判断
し、処理７３１を実行する。それ以外の場合は、集約無線装置２は次に通信する端末無線
装置とまだ通信不能と判断し、処理７１０を実行する。

処理７３１にて、変数ｄに１を加える。続いて処理７０３を実行する。

以上のように、本実施例では無線通信設定テーブル５００を参照しつつ、次に通信すべ
き端末無線装置１を特定し、当該端末無線装置１に割り当てられるチャネルを設定する。
先に述べたように、図５の無線通信設定テーブル５００は、集約無線装置２が通信すべき
端末無線装置１の順序を示している。従って、集約無線装置２が現在通信している端末無
線装置１を認識していれば、次に通信すべき端末無線装置１は予め判明している。従って
、集約無線装置２は、次に通信すべき端末無線装置１と遭遇する前に、予め次に通信すべ
き端末無線装置１との通信に使用するチャネルを、無線通信部３０１に設定することがで
きる。

集約無線装置２は、次に遭遇する端末無線装置１との通信で使用するチャネルを、例え
ば集約無線装置２の位置情報を入力とし、集約無線装置２と次に通信すべき端末無線装置
１の位置関係により、設定する。図７の例では、集約無線装置２の現在の緯度経度座標を
取得して（７２１）、座標が無線通信設定テーブル５００に格納された次の端末無線装置
１の無線通信可能距離５０７内であれば（７３０）、次に遭遇する端末無線装置１と無線
通信可能であると判断し、次に遭遇する端末無線装置１との通信で使用するチャネルを無
線通信部３０１に、設定している（７０３）。

ただし、制御方法は図７の方式に限るものではなく、例えば集約無線装置２の基点６か
らの線路上の距離に基づいて予め複数の切替えタイミングを設定しておき、集約無線装置
２の位置が当該距離に達した時点で順番にチャネル切替えを行ってもよい。切り替えるべ
きチャネルは、図５の無線通信設定テーブル５００の無線チャネル番号５０８が示す順序
のとおりである。本実施例のような位置を基準にした切替え方式では、電波環境の変化等
に切替えタイミングが影響を受けないため、安定した制御が可能である。

（１．全体構成）
図８は実施例２の構成であり、集約無線装置２−ａ、２−ｂ、２−ｃが車内ＬＡＮ９に
より接続され、図９に示される計測データ受信メッセージ９００を送受信できるほかは、
実施例１と同じ構成である。

図９は、計測データ受信メッセージ９００の一例を示す図である。計測データ受信メッ
セージ９００は、集約無線装置識別子９０１と端末無線装置識別子９０２を１レコードに
したデータである。集約無線装置識別子９０１は、集約無線装置２−ａ、２−ｂ、２−ｃ
を一意に識別する識別子である。端末無線装置識別子９０２は、当該集約無線装置２が受
信したデータの送信元となった端末無線装置１−ａ、１−ｂ、１−ｃを一意に識別する識
別子である。

（２．端末無線装置による計測データ送信回数の低減）
（８．無線通信設定テーブル）で説明したように、図５の５００ａ、５００ｂ、５００
ｃの例では、端末無線装置識別子５０１が「ＳＮ００１９」で示される端末無線装置１は
、図４のゾーン識別子４０５が「２」で識別されるゾーンに属しているが、同ゾーン内に
は他に端末無線装置は存在しない。この場合、集約無線識別子が１で示される集約無線装
置２−ａと、集約無線識別子が２で示される集約無線装置２−ｂと、集約無線識別子が３
で示される集約無線装置２−ｃの３台と通信する可能性がある。このため、一つの端末無
線装置との通信を、車両５の異なる箇所に設置される複数の集約無線装置２が行おうとす
ることで、端末無線装置１からの計測データの受信漏れの可能性を低減している利点があ
る。

しかしながら、この端末無線装置１は３台の集約無線装置２とリンクを形成し、最大で
３回計測データを送信する可能性があり、計測データを送信するための消費電力が大きく
なる。そこで、図１０に示す処理方法により、端末無線装置１の計測データ送信は１回で
済む用にし、消費電力を低減する。

（３．無線チャネルの切り替え）
図１０は実施例２のフローチャートを示している。集約無線装置２は、車両５が走行中
、無線通信設定テーブル５００を元に端末無線装置１と通信するための無線チャネルを切
り替える。処理方法を以下に説明する。

図１０は集約無線装置の動作を説明するフローチャートである。開始１０００の後、処
理１００１にて、無線通信設定テーブル５００内のレコードの総数を示す変数Ｄに無線通
信設定テーブル５００内のレコードの総数を代入する。図５における例では、変数Ｄの値
は４である。続いて処理１００２を実行する。

処理１００２にて、制御部３０２が記録部３０３に読み込む無線通信設定テーブル５０
０内のレコードの番号を示す変数ｄに１を代入する。続いて処理１００３を実行する。

処理１００３にて、無線通信設定テーブル５００内のレコード番号ｄの無線チャネル番
号５０８で示される無線チャネルを無線通信部３０１に設定する。続いて処理１０１０を
実行する。

処理１０１０にて、各集約無線装置２は、車内ＬＡＮ９より計測データ受信メッセージ
９００を受信したかどうかを検査し、受信した場合は計測データ受信メッセージ９００内
の端末無線装置識別子９０２が無線通信設定テーブル５００のレコードｄにおける端末無
線装置識別子５０１と同じかどうかを検査する。

同じ場合は、この時点で計測データの受信を試みている、無線通信設定テーブル５００
のレコードｄにおける端末無線装置識別子５０１で示される端末無線装置１から、他の集
約無線装置２が計測データを受信したと判断し、処理１０５０を実行する。そうでない場
合は、処理１０２０を実行する。

処理１０２０にて、無線通信設定テーブル５００のレコードｄにおける端末無線装置識
別子５０１で示される端末無線装置１から、計測データを受信したかどうかを検査する。

受信していた場合は、処理１０２１を実施する。受信していない場合は、まだ計測デー
タを受信していないと判断し、処理１０３０を実行する。

処理１０２１にて、受信メッセージ９００を生成し端末無線装置識別子９０２に無線通
信設定テーブル５００のレコードｄにおける端末無線装置識別子５０１を設定し、車内Ｌ
ＡＮ９により他の全ての集約無線装置２へ送信する。続いて、処理１０５０を実行する。

処理１０３０にて、いまだ未読込の無線通信設定テーブル５００内のレコードがあるか
どうかを検査する。ある場合は、処理１０３１を続いて実行する。ない場合は、集約無線
装置２は、無線通信設定テーブル５００内の最後のレコードに記された端末無線装置１か
らの計測データを受信しようとしていると判断し、処理１０１０を実行する。

処理１０３１にて、ＧＮＳＳ３０４より集約無線装置２の現在の緯度と経度を取得する
。続いて処理１０４０を実行する。

処理１０４０にて、処理１０３１にて取得した集約無線装置２の現在の緯度と経度と、
変数ｄで示される無線通信設定テーブル５００内のレコードの次のレコードで示される端
末無線装置の緯度５０３と経度５０４から、集約無線装置２と同端末無線装置識別子５０
１で示される端末無線装置との間の距離が、無線通信可能距離５０７より小さいかどうか
を検査する。

小さい場合は、集約無線装置２が次に通信する端末無線装置と通信可能になったと判断
し、処理１０５１を実行する。それ以外の場合は、集約無線装置２は次に通信する端末無
線装置１とまだ通信不能と判断し、処理１０１０を実行する。

処理１０５０にて、いまだ未読込の無線通信設定テーブル５００内のレコードがあるか
どうかを検査する。ある場合は、処理１０５１を続いて実行する。ない場合は、集約無線
装置２は、無線通信設定テーブル５００内の最後のレコードに記された端末無線装置１か
らの計測データの受信を終了した判断し、処理を終了する。

以上の処理によれば、例えば、図５の５００ａ、５００ｂ、５００ｃの例では、端末無
線装置識別子５０１が「ＳＮ００１９」の端末無線装置１に対しては、全ての集約無線装
置２−ａ、２−ｂ、２−ｃが其々独自にチャネルを設定し、通信準備に入る。ここで、最
初に「ＳＮ００１９」の端末無線装置１と通信に成功した集約無線装置２は、通信の成功
を他の集約無線装置に通知し、他の集約無線装置は当該通信準備をキャンセルし、次の通
信の準備に入る（処理１０２０〜１０２１、１０１０）。従って、端末無線装置１は一つ
の集約無線装置２とのみ通信し、それ以上の通信を行わなくて済む。

（１．全体構成）
図１１は実施例３の構成であり、車両５が車速センサ１０を搭載し、車速信号を取得で
きるほかは、実施例２と同じ構成である。

（２．ＧＮＳＳによる位置情報取得不能時における無線チャネルの切り替え）
実施例１及び２においては、車両５が地下やトンネル内を走行し衛星からの電波を受信
できない場合、ＧＮＳＳ３０４による集約無線装置２の位置情報が取得出来ない場合、位
置情報を基にした無線チャネルの切り替えが行えない。その場合、過去に取得済みの緯度
経度及び速度情報から、現在の集約無線装置２の緯度経度を推定し、その推定値を元に、
次に通信する端末無線装置１との無線通信可能距離内に到達したかどうかを判定する。

図１２は実施例３のフローチャートを示している。開始１２００の後、処理１２０１に
て、無線通信設定テーブル５００内のレコードの総数を示す変数Ｄに無線通信設定テーブ
ル５００内のレコードの総数を代入する。図５における例では、変数Ｄの値は４である。
続いて処理１２０２を実行する。

処理１２０２にて、制御部３０２が記録部３０３に読み込む無線通信設定テーブル５０
０内のレコードの番号を示す変数ｄに１を代入する。続いて処理１２０３を実行する。

処理１２０３にて、無線通信設定テーブル５００内のレコード番号ｄの無線チャネル番
号５０８で示される無線チャネルを無線通信部３０１に設定する。続いて処理１２１０を
実行する。

処理１２１０にて、無線通信設定テーブル５００内のレコードの番号を示す変数ｄで示
されるレコード内の、端末無線装置識別子５０１で示される端末無線装置から計測データ
を受信した場合、処理１２５０を実行する。受信していない場合、処理１２２０を実行す
る。

処理１２５０にて、いまだ未読込の無線通信設定テーブル５００内のレコードがあるか
どうかを検査し、ある場合は次の端末無線装置との通信の準備をするため処理１２５１を
実行する。ない場合は、集約無線装置２は、無線通信設定テーブル５００内の最後のレコ
ードに記された端末無線装置１からの計測データの受信を完了したと判断し、処理を終了
する。

処理１２２０にて、いまだ未読込の無線通信設定テーブル５００内のレコードがあるか
どうかを検査し、ある場合は処理１２２１を実行する。ない場合は、集約無線装置２は、
無線通信設定テーブル５００内の最後のレコードに記された端末無線装置１からの計測デ
ータを受信しようとしていると判断し、処理１２１０を実行する。

処理１２２１にて、車内ＬＡＮ９を介して、車速センサ１０より現在時刻ｔにおける車
速パルス周波数ｆ（ｔ）を取得し、時刻ｔにおける集約無線装置２の速度ｖ（ｔ）を計算
し制御部３０２あるいは不揮発性記憶部３０５に保持したのち、処理１２３０を実行する
。例として、速度ｖ（ｔ）は、線形近似によりｖ（ｔ）＝ ｈ×ｆ（ｔ）で計算できる。
係数ｈは、車速センサ１０および車両５の仕様により決まるため、車両５の走行前に測定
し、決定するものとする。ただし、ｖ（ｔ）の計算方法はこの限りでない。

処理１２３０にて、ＧＮＳＳ３０４より集約無線装置２の現在の緯度と経度を取得する
。取得に成功した場合は処理１２３１を実行する。失敗した場合は処理１２３２を実行す
る。

処理１２３１にて、緯度経度取得成功時刻ｅｔに、処理１２２１にて取得した時刻ｔを
設定し、時刻ｔにおける緯度経度ｐｏｓ（ｔ）に、処理１２３０にて取得した緯度経度を
設定する。続いて処理１２４０を実行する。

処理１２３２にて、緯度経度取得成功時刻からの経過時間ｄｔに、緯度経度取得成功時
刻ｅｔと、処理１２２１にて取得した時刻ｔの差分を設定し、時刻ｔにおける速度ｖ（ｔ
）と、緯度経度取得成功時刻からの経過時間ｄｔと、緯度経度取得成功時刻における緯度
経度ｐｏｓ（ｅｔ）と、車両の移動経路と緯度経度との関係とに基づいて、処理１２２１
にて取得した時刻ｔにおける緯度経度の推定値を計算し、時刻ｔにおける緯度経度ｐｏｓ
（ｔ）に設定する。

処理１２４０にて、処理１２３１あるいは処理１２３２において取得した、集約無線装
置２の現在時刻ｔにおける緯度経度ｐｏｓ（ｔ）と、変数ｄで示される無線通信設定テー
ブル５００内のレコードの次のレコードの緯度５０３と経度５０４から、集約無線装置２
と端末無線装置識別子５０１で示される端末無線装置との間の距離を計算する。そして、
当該距離が、無線通信可能距離５０７より小さいかどうかを検査する。

小さい場合は、集約無線装置２が次に通信する端末無線装置と通信可能になったと判断
し、処理１２５１を実行する。それ以外の場合は、集約無線装置２は次に通信する端末無
線装置とまだ通信不能と判断し、処理１２１０を実行する。

処理１２５１にて、変数ｄに１を加える。続いて処理１２０３を実行する。

以上のように、本実施例ではＧＮＳＳ３０４より集約無線装置２の現在の緯度と経度を
取得することができなかった場合でも、過去にＧＮＳＳ３０４が取得した集約無線装置２
の緯度及び経度と、過去に車速センサ１０が取得した車速信号を元に計算した車両５の速
度を元に、集約無線装置２の現在の緯度と経度の推定値を計算し、無線通信設定テーブル
５００を参照しつつ、集約無線装置２が次に遭遇する端末無線装置１との無線通信可能距
離内にあるかどうかを判定し、同距離内と判定した場合には、次に遭遇する端末無線装置
１と通信するための無線チャネルを、集約無線装置２の無線通信部３０１に、設定するこ
とができる。

ただし、車両５の速度の取得は、図１１にあるように車両５に配置された車速センサ１
０の利用に限るものではない。

本実施例の集約無線装置２やデータ処理装置７における計算や制御等の機能は、記録部
（メモリ）２０２，３０３に格納されたプログラムが、処理部２０１または制御部３０２
（プロセッサ）によって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働し
て実現することができる。実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する
手段を、「機能」、「手段」、「部」、「ユニット」、「モジュール」等と呼ぶ場合もあ
る。

また、本実施例では「〜テーブル」、「情報」等の表現にてデータの構成を説明するが
、これらは等価な情報である限り、他のデータ構造以外で表現された情報でもよい。また
、情報の内容を説明する際に、「識別子」、「名」、「番号」等の表現を用いるが、これ
らについては互いに置換が可能である。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例え
ば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、
ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成
の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：端末無線装置、２：集約無線装置、３：無線パケット、４：無線通信可能領域(ゾ
ーン)、５：車両、６：基点、７：データ処理装置、８：無線パケット、９：車内ＬＡＮ
、１０：車速センサ、２０１：処理部、２０２：記録部、２０３：入出力インタフェース
、２０４：不揮発性記憶部、２０５：無線通信部、２０６：バス、３０１：無線通信部、
３０２：制御部、３０３：記録部、３０４：ＧＮＳＳ、３０５：不揮発性記憶部、３０６
：バス、４００：端末無線装置情報テーブル、５００：無線通信設定テーブル、９００：
計測データ受信メッセージ

Claims (6)

1. 車両の移動経路に沿って設けられた複数の端末無線装置と、前記車両に搭載される複数の集約無線装置とを備え、前記車両の移動中に前記端末無線装置が前記集約無線装置と無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記端末無線装置と前記集約無線装置が無線により通信可能な空間としてゾーンを定義し、
   前記集約無線装置は、
   前記端末無線装置が送信した無線パケットを受信する無線通信部と、無線通信設定テーブルを格納する不揮発性記憶部を備え、
   前記無線通信設定テーブルは、
   前記端末無線装置を特定する端末無線装置識別子と、前記端末無線装置識別子に対応付けられた無線チャネルのチャネル情報を格納し、
   同一の前記ゾーンに、複数の前記端末無線装置が含まれる場合には、前記複数の集約無線装置が、前記複数の端末無線装置のうちのそれぞれ異なる端末無線装置が送信した前記無線パケットを、当該端末無線装置の前記端末無線装置識別子に対応付けられたそれぞれ異なる前記無線チャネルにより一対一で受信し、
   同一の前記ゾーンに、単一の前記端末無線装置が含まれる場合には、前記複数の集約無線装置が、前記単一の端末無線装置が送信した前記無線パケットを、当該端末無線装置の前記端末無線装置識別子に対応付けられた同一の前記無線チャネルにより多対一で受信するように、
   前記チャネル情報の設定を定めている、
   無線通信システム。
2. 前記無線通信設定テーブルは、
   前記無線チャネルの変更順序を保存し、
   前記集約無線装置は、
   前記車両の移動中に、前記チャネル情報と前記無線チャネルの変更順序を元に、前記端末無線装置との無線通信に使用する無線チャネルを変更することを特徴とする、
   請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記集約無線装置は、
   自装置の位置情報を入力として、
   前記車両の走行中に、前記位置情報、前記チャネル情報、及び前記無線チャネルの変更順序を元に、前記端末無線装置との無線通信に使用する無線チャネルを変更することを特徴とする、
   請求項２記載の無線通信システム。
4. データ処理装置をさらに備え、
   前記データ処理装置は、
   前記端末無線装置の前記移動経路に沿った設置位置と前記チャネル情報を元に、前記端末無線装置と無線通信するために用いる無線チャネル及び無線チャネルの変更順序を、前記複数の集約無線装置毎に計算する処理部と、
   前記処理部から前記集約無線装置に計算結果を転送する出力インタフェースと、を備え、
   前記集約無線装置は、
   前記計算結果を受信し、前記無線通信設定テーブルの少なくとも一部として、前記不揮発性記憶部に記憶する入力インタフェースを備える、
   請求項３記載の無線通信システム。
5. 前記集約無線装置は、
   前記端末無線装置からの前記無線パケットの受信を、前記車両に搭載された他の集約無線装置に通知し、前記通知を受信した他の集約無線装置は、受信した前記無線パケットの送信先である前記端末無線装置との通信をしないことを特徴とする、
   請求項２記載の無線通信システム。
6. 前記集約無線装置は、
   前記集約無線装置の過去の位置情報及び移動速度を元に、前記集約無線装置の現時点での位置情報を推定し、これを位置情報として入力とし、
   前記車両の走行中に、前記位置情報、前記チャネル情報、及び前記無線チャネルの変更順序を元に、前記端末無線装置との無線通信に使用する無線チャネルを変更することを特徴とする、
   請求項２記載の無線通信システム。

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