JP6797581B2 - 車上無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、列車に配置された車上装置と他の装置との間のデータ通信技術に関する。

列車の運行中に列車の状態を検知し、検知した列車の状態に応じて適切に列車の制御を行う仕組みが提案されている。

例えば特許文献１は、列車上に配置された車上装置がセンサにより測定した自列車状態に関する情報を他列車に配置された車上装置に送信するとともに、当該他列車に配置された車上装置から他列車状態に関する情報を受信し、自列車状態に関する情報と他列車状態に関する情報に基づき自列車の安全側制御を行う仕組みを提案している。

特開２０１５−１８９３６１号公報

複数の車両が連結された列車において、いずれの車両において故障等の異常が発生した場合であっても、それらの異常が迅速に検知され、適切な対処が取られる必要がある。例えば、先頭車両に配置された制御装置により走行に関する各種制御が行われている列車の中間車両や末尾車両において故障が発生した場合、当該故障の発生が速やかに検知され、先頭車両に配置された制御装置に通知される必要がある。

上記のニーズを満たす方法の一つとして、列車を構成する複数の車両の各々に各種異常を検知するためのセンサと通信装置を配置し、各車両に配置された通信装置間でセンサの測定値を送受信するためのネットワークを構成することが考えられる。

複数の車両の各々に配置された通信装置間でネットワークを構成する方法の一つとして、それらの通信装置間を通信ケーブルで接続することが考えられる。この場合、通信ケーブルで接続された通信装置を同じネットワークに属する通信ノードとすることで、容易にネットワークの構成が行われる。

ただし、上記の方法による場合、通信装置間を通信ケーブルにより接続する作業が手間と時間を要する。特に、車両構成が頻繁に変更される列車においては、車両の連結または連結の解除が行われるたびに通信ケーブルの接続または取り外しを行う必要があり、作業員の負担が大きい。

上記の背景に鑑み、本発明は、人手によらず列車に配置された複数の通信装置の間でネットワークを構成する手段を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明は、列車に配置された複数の車上無線通信装置を備え、前記複数の車上無線通信装置の各々は、前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波を受信した場合、当該電波の送信元の車上無線通信装置との間でネットワークを構成する車上無線通信システムであって、前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、複数の受信アンテナを有し、当該複数の受信アンテナの各々により受信した前記電波の位相差に基づき当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であるか否かを判定する車上無線通信システムを第１の態様として提供する。

第１の態様の車上無線通信システムによれば、人手によらず、互いに電波の送受信が可能な範囲内の車上無線通信装置の間で順次ネットワークが構成される。また、第１の態様の車上無線通信システムによれば、隣接する異なる線路上の列車の車上無線通信装置が誤って１つのネットワークを構成することがない。

第１の態様の車上無線通信システムにおいて、前記電波には、前記ネットワークを識別するための第１識別データと、車上無線通信装置を識別するための第２識別データとが含まれ、前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、当該電波に含まれる第２識別データにより他の車上無線通信装置を宛先とする電波であると判定した場合、当該電波を送信する、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

第２の態様の車上無線通信システムによれば、列車上に縦列配置される車上無線通信装置の間でデータがリレーされることにより、同じ列車上の互いに電波が届かない位置に配置された車上無線通信装置間のデータ通信が可能となる。

また、本発明は、列車に配置された複数の車上無線通信装置を備え、前記複数の車上無線通信装置の各々は、前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波を受信した場合、当該電波の送信元の車上無線通信装置との間でネットワークを構成する車上無線通信システムであって、前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、前記複数の車上無線通信装置を前記列車に配置されていない車上無線通信装置から識別する識別データを示す電波を送信し、前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、複数の受信アンテナを有し、当該複数の受信アンテナの各々により受信した電波の位相差に基づき当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であるか否かを判定し、当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であると判定した場合であって当該電波が前記識別データを示す場合、当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であると判定する車上無線通信システムを第３の態様として提供する。

第３の態様の車上無線通信システムによれば、人手によらず、互いに電波の送受信が可能な範囲内の車上無線通信装置の間で順次ネットワークが構成される。また、第３の態様の車上無線通信システムによれば、隣接する異なる線路上の列車の車上無線通信装置に誤って同じ識別データが割り当てられることがなく、その結果、それらの車上無線通信装置が誤って１つのネットワークを構成することがない。

第３の態様の車上無線通信システムにおいて、列車を構成する複数の車両の間の連結状態を検知する連結センサを備え、前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、前記連結センサにより検知される車両の間の連結状態が変化した場合、前記識別データを示す電波を送信する、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

第４の態様の車上無線通信システムによれば、車両の間の連結状態が変化した場合、識別データを用いたネットワークの再構成が行われる。

第３の態様の車上無線通信システムにおいて、列車を構成する複数の車両の間の距離を測定する距離センサを備え、前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、前記距離センサによる測定の結果と所定の閾値との比較結果に応じて、前記識別データを示す電波を送信する、という構成が第５の態様として採用されてもよい。

第５の態様の車上無線通信システムによれば、車両の間の距離が所定の閾値以下に近づいた場合や、所定の閾値以上に離れた場合、識別データを用いたネットワークの再構成が行われる。

また、本発明は、列車に配置され、複数の受信アンテナを有し、当該複数の受信アンテナの各々により受信した電波の位相差に基づき当該電波が前記列車に配置されている装置から送信された電波であるか否かを判定する車上無線通信装置を第６の態様として提供する。

第６の態様の車上無線通信装置によれば、同じ列車上に配置された装置から送信された電波と異なる列車上に配置された装置から送信された電波とが区別されるため、それらの電波に応じて異なる処理を行うことができる。

一実施形態にかかる車上無線通信システムの全体構成を示した図。 一実施形態にかかる主局の構成を示した図。 一実施形態にかかる従局の構成を示した図。 一実施形態にかかる車上無線通信ユニットの構成を示した図。 一実施形態にかかる主局または従局が備える２つのアンテナが受信する電波の位相差と電波の送信元の方向との関係を説明するための図。 一実施形態にかかる主局が行う処理のフローを示した図。 一実施形態にかかる主局または従局が行う処理のフローを示した図。 一実施形態にかかる主局に記憶されるノードテーブルのデータ構成を示した図。 一実施形態にかかる主局が行う処理のフローを示した図。 一実施形態にかかる従局が行う処理のフローを示した図。 一実施形態にかかる従局が行う処理のフローを示した図。 一実施形態にかかる主局および従局が行う処理のシーケンスを示した図。 一実施形態にかかる従局が行う処理のフローを示した図。 一実施形態にかかる主局が行う処理のフローを示した図。

［実施形態］
以下に本発明の一実施形態にかかる車上無線通信システム１を説明する。図１は列車９に配置された車上無線通信システム１の全体構成を模式的に示した図である。列車９は縦列に連結されたｎ台の車両（ただし、ｎは任意の自然数）、すなわち車両９１（１）、車両９１（２）、・・・、車両９１（ｎ）で構成される。以下、車両９１（１）、車両９１（２）、・・・、車両９１（ｎ）を「車両９１」と総称する。先頭車両である車両９１（１）には、列車９の走行等の各種制御を行う制御装置９２が配置されている。

車両９１の各々は２台の台車を備える。ｋ番目（ただし、ｋは１≦ｋ≦ｎの任意の自然数）の車両９１、すなわち車両９１（ｋ）は台車９３Ａ（ｋ）と台車９３Ｂ（ｋ）を備える。以下、台車９３Ａ（１）、台車９３Ｂ（１）、台車９３Ａ（２）、台車９３Ｂ（２）、・・・、台車９３Ａ（ｎ）、台車９３Ｂ（ｎ）を「台車９３」と総称する。

また、車両９１の各々は２組のセンサ群を備える。車両９１（ｋ）はセンサ群９４Ａ（ｋ）とセンサ群９４Ｂ（ｋ）を備える。以下、センサ群９４Ａ（１）、センサ群９４Ｂ（１）、センサ群９４Ａ（２）、センサ群９４Ｂ（２）、・・・、センサ群９４Ａ（ｎ）、センサ群９４Ｂ（ｎ）を「センサ群９４」と総称する。センサ群９４は、車両９１の状態を示す各種の物理量（振動、温度等）を測定するセンサの集まりである。

制御装置９２はセンサ群９４により測定された各種の物理量に基づき車両９１の状態を特定し、特定した状態に応じた各種制御を行う。そのため、列車９の上に縦列に配置された２ｎ組のセンサ群９４の各々により測定された物理量を示すデータ（以下、「測定値データ」という）は、例えば所定時間の経過毎に、制御装置９２に送信される必要がある。

車上無線通信システム１は列車９の上に縦列配置されたセンサ群９４の各々による測定値を示す測定値データを制御装置９２に送信するためのシステムである。車上無線通信システム１は、まず、車両９１（１）に配置された車上無線通信装置である主局１１を備える。

車上無線通信システム１は、さらに、台車９３の各々に配置された車上無線通信装置である従局を備える。台車９３Ａ（ｋ）には、従局１２Ａ（ｋ）が配置され、台車９３Ｂ（ｋ）には従局１２Ｂ（ｋ）が配置されている。以下、従局１２Ａ（１）、従局１２Ｂ（１）、従局１２Ａ（２）、従局１２Ｂ（２）、・・・、従局１２Ａ（ｎ）、従局１２Ｂ（ｎ）を「従局１２」と総称する。

車上無線通信システム１は、さらに、車両９１（１）を除く車両９１（ｋ）の前端面に配置され、車両９１（ｋ）の前方の車両９１の後端面までの距離を測定する距離センサ１３Ａ（ｋ）と、車両９１（ｋ）の後端面に配置され、車両９１（ｋ）の後方の車両９１の前端面までの距離を測定する距離センサ１３Ｂ（ｋ）を備える。以下、距離センサ１３Ｂ（１）、距離センサ１３Ａ（２）、距離センサ１３Ｂ（２）、・・・、距離センサ１３Ａ（ｎ）、距離センサ１３Ｂ（ｎ）を「距離センサ１３」と総称する。なお、距離センサ１３の方式は、互いに隣接する２つの車両９１間の距離を測定可能であれば、レーザ式、超音波式等のいずれであってもよい。

従局１２Ａ（ｋ）および距離センサ１３Ａ（ｋ）は、台車９３Ａ（ｋ）が車両９１（ｋ）に取り付けられた後に従局１２Ａ（ｋ）に有線接続され、当該有線接続は、台車９３Ａ（ｋ）が車両９１（ｋ）から取り外される前に解除される。同様に、従局１２Ｂ（ｋ）および距離センサ１３Ｂ（ｋ）は、台車９３Ｂ（ｋ）が車両９１（ｋ）に取り付けられた後に従局１２Ｂ（ｋ）に有線接続され、当該有線接続は、台車９３Ｂ（ｋ）が車両９１（ｋ）から取り外される前に解除される。

車上無線通信システム１は、さらに、携帯電話通信網等の広域無線通信網を介して主局１１とデータ通信を行う管理装置１４を備える。管理装置１４は、複数の列車９の各々に配置された主局１１から当該列車９の状態を示すデータを受信し、受信したデータに基づき列車９の各々の走行に関する各種指示を示すデータを生成し、生成したデータを主局１１に送信する。列車９の各々に配置された制御装置９２は、主局１１を介して管理装置１４から受信するデータに従い、列車９の走行に関する各種制御を行う。

図２は主局１１の構成を模式的に示した図である。主局１１は各種データ処理を行うプロセッサ１１１と、各種データを記憶するメモリ１１２と、制御装置９２との間で有線通信を行う有線通信ユニット１１３と、従局１２との間で無線通信を行う車上無線通信ユニット１０４と、管理装置１４との間で無線通信を行う広域無線通信ユニット１１５を備える。メモリ１１２には、主局１１を他の全ての車上無線通信装置から識別する識別データである局ＩＤが記憶されている。

図３は従局１２の構成を模式的に示した図である。従局１２は各種データ処理を行うプロセッサ１２１と、各種データを記憶するメモリ１２２と、センサ群９４および距離センサ１３との間で有線通信を行う有線通信ユニット１２３と、主局１１および他の従局１２との間で無線通信を行う車上無線通信ユニット１０４を備える。メモリ１２２には、従局１２を他の全ての車上無線通信装置から識別する識別データである局ＩＤが記憶されている。

主局１１が備える車上無線通信ユニット１０４と、従局１２が備える車上無線通信ユニット１０４は同じ構成を備える。図４は車上無線通信ユニット１０４の構成を模式的に示した図である。車上無線通信ユニット１０４は、２つのアンテナ、すなわち、第１アンテナ１０４１と第２アンテナ１０４２を備える。第１アンテナ１０４１は電波の送信と受信を行い、第２アンテナ１０４２は電波の受信を行う。第１アンテナ１０４１と第２アンテナ１０４２は、車両の進行方向を横断する方向、すなわち左右方向に並んで配置されている。

車上無線通信ユニット１０４は、さらに、第１アンテナ１０４１に接続された第１無線モジュール１０４３と、第２アンテナ１０４２に接続された第２無線モジュール１０４４を備える。第１無線モジュール１０４３と第２無線モジュール１０４４はプロセッサ１１１またはプロセッサ１２１に接続されている。

第１無線モジュール１０４３は送信する電波の変調および受信した電波の復調を行うモジュールであり、プロセッサ１１１またはプロセッサ１２１から送信を指示されたデータを示す電波を第１アンテナ１０４１に発生させるとともに、第１アンテナ１０４１が受信した電波が示す各種データをプロセッサ１１１またはプロセッサ１２１に出力する。また、第１無線モジュール１０４３は、第１アンテナ１０４１が受信した電波の波形を示すデータをプロセッサ１１１またはプロセッサ１２１に出力する。

第２無線モジュール１０４４は第２アンテナ１０４２が受信した電波の波形を示すデータをプロセッサ１１１またはプロセッサ１２１に出力する。

プロセッサ１１１またはプロセッサ１２１は、第１アンテナ１０４１が受信した電波の波形を示すデータと、第２アンテナ１０４２が受信した電波の波形を示すデータを車上無線通信ユニット１０４から受け取ると、それらの電波の波形の位相差を算出する。第１アンテナ１０４１と第２アンテナ１０４２が受信する電波の位相差は、車上無線通信ユニット１０４からみた電波の送信元の方向が、車両９１の前後方向からずれる程、大きくなる。

図５は、第１アンテナ１０４１と第２アンテナ１０４２が受信する電波の位相差φと、車両９１の前後方向Ｘを基準とする車上無線通信ユニット１０４からみた電波の送信元の方向Ｙの時計回りの角度θとの関係を説明するための図である。図５から明らかなように、角度θが大きくなる程、位相差φは大きくなる。なお、第１アンテナ１０４１と第２アンテナ１０４２の距離をＬとし、電波の１周期分の波長をλとすると、角度θは以下の式１で表される。

プロセッサ１１１およびプロセッサ１２１は、車上無線通信ユニット１０４が受信した電波の位相差φの絶対値が所定の閾値以下であれば、その電波の送信元は車上無線通信ユニット１０４が配置されている車両９１が載っている軌道と同じ軌道に載っている車両９１に配置されている主局１１または従局１２である、と判定する。一方、プロセッサ１１１およびプロセッサ１２１は、車上無線通信ユニット１０４が受信した電波の位相差φの絶対値が所定の閾値を超過する場合、その電波の送信元は車上無線通信ユニット１０４が配置されている車両９１が載っている軌道と異なる軌道に載っている車両９１に配置されている主局１１または従局１２である、と判定する。

車上無線通信システム１を構成する主局１１および従局１２は列車９の編成の変更に伴い変化する。従って、列車９の編成に変更があると、編成が変更された後の列車９に配置されている主局１１および従局１２をノードとして含む新たなネットワークの構成が行われる必要がある。

本願において、ネットワークの構成とは、少なくとも主局１１が、同じ列車９に配置されている従局１２の各々から送信されるデータを受信するために必要な情報を取得する処理を意味する。本実施形態においては、ネットワークの構成において、主局１１は同じ列車９に配置されている従局１２の局ＩＤと、それらの従局１２の位置（主局１１から何番目に近い従局１２であるか）を示すノードＩＤとの対応関係を示すデータを取得し、従局１２の各々は、自局の属するネットワークを識別するネットワークＩＤと、自局のノードＩＤを取得する。すなわち、主局１１と従局１２がこれらのデータを取得することにより、各従局１２から送信されるデータを主局１１が受信可能となる。

以下に車上無線通信システム１がネットワークの構成のために行う動作を説明する。列車９の編成が変更されると、作業員は主局１１に対し、ネットワークの構成を指示する所定の操作を行う。当該操作に応じて、主局１１は図６に示すフローに従う処理を行う。主局１１は、まず、新たなネットワークＩＤを生成する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、主局１１は、例えば主局１１の局ＩＤとその時点の時刻とを組み合わせる等の方法により、過去に自局が生成したネットワークＩＤや他の主局１１が生成する可能性のあるネットワークＩＤと異なるネットワークＩＤを生成する。続いて、主局１１はメモリ１１２にそれまで記憶していたネットワークＩＤおよびノードテーブル（図８）を削除し、新たに生成したネットワークＩＤをメモリ１１２に記憶するとともに、新たなノードテーブルを生成し記憶する（ステップＳ１０２）。続いて、主局１１は生成したネットワークＩＤを示す電波を送信する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０２において主局１１がネットワークＩＤを送信すると、通常、送信したネットワークＩＤに対する応答として、近隣に配置されている従局１２から、ネットワークＩＤと送信元の従局１２の局ＩＤを示す電波が送信されてくる。いずれかの従局１２からネットワークＩＤと局ＩＤを示す電波が送信されてきた場合、主局１１は図７に示すフローに従う処理を行う。主局１１は、まず、送信されてきたネットワークＩＤと局ＩＤを示す電波を受信する（ステップＳ２０１）。

続いて、主局１１は受信した電波が示すネットワークＩＤが、ステップＳ１０２において送信したネットワークＩＤと一致するか否かを判定する（ステップＳ２０２）。通常、ステップＳ１０２において送信したネットワークＩＤとステップＳ２０１において受信したネットワークＩＤは一致する（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）。ただし、何らかのエラーによりそれらのネットワークＩＤが一致しない場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、主局１１は処理を終了する。

ステップＳ１０２において送信したネットワークＩＤに対する応答として、複数の従局１２の各々からネットワークＩＤと局ＩＤを示す電波が送信されてくる場合がある。従って、主局１１はステップＳ２０１において複数の電波を受信し、ステップＳ２０２においてそれらの複数の電波の各々が示すネットワークＩＤがステップＳ１０２において送信したネットワークＩＤと一致すると判定した場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０１において受信した複数の電波のうち電波強度が最大であった電波が示すネットワークＩＤと局ＩＤを選択する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０２において、ステップＳ１０２において送信したネットワークＩＤと一致すると判定したネットワークＩＤが１つのみの場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、主局１１はステップＳ２０４の選択を行わず、次に説明するステップＳ２０５へと処理を進める。

続いて、主局１１は、ステップＳ２０１において受信した電波（複数ある場合は電波強度が最大のもの）が示す局ＩＤ（電波の送信元の従局１２の局ＩＤ）にノードＩＤ「１」を割り当て、局ＩＤとノードＩＤの対応関係を示すデータをメモリ１１２に記憶する（ステップＳ２０５）。

図８は、主局１１がメモリ１１２に記憶する局ＩＤとノードＩＤの対応関係を示すテーブル（以下、「ノードテーブル」という）のデータ構成を例示した図である。ノードテーブルは、ネットワークに属するノードの各々に応じたレコードの集まりであり、フィールド［局ＩＤ］とフィールド［ノードＩＤ］を備える。これらのフィールドには、ステップＳ２０５において局ＩＤとノードＩＤが格納される。

主局１１は、ステップＳ２０５（図７）においてノードテーブルに局ＩＤとノードＩＤを記憶すると、続いて、ネットワークＩＤ（ステップＳ１０２に送信したネットワークＩＤと同じもの）と、局ＩＤ（ステップＳ２０５においてノードＩＤを割り当てた局ＩＤ）と、ノードＩＤ（ステップＳ２０５において局ＩＤに割り当てたノードＩＤ）を示す電波を送信する（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６においてネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波を送信した後、主局１１は近隣の従局１２からネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波を受信する場合がある。この電波が示すデータは、列車９に配置されたいずれかの従局１２が自局に割り当てられたノードＩＤを取得したことを示すとともに、自局の局ＩＤと自局に割り当てられたノードＩＤのノードテーブル（図８）に対する登録をリクエストするデータである。

いずれかの従局１２からネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波が送信されてきた場合、主局１１は図９に示すフローに従う処理を行う。主局１１は、まず、送信されてきたネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波を受信する（ステップＳ３０１）。

続いて、主局１１は受信した電波が示すネットワークＩＤが、ステップＳ１０１において送信したネットワークＩＤと一致するか否かを判定する（ステップＳ３０２）。それらのネットワークＩＤが一致しない場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、主局１１は処理を終了する。一方、それらのネットワークＩＤが一致した場合（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、主局１１は受信した電波が示す局ＩＤとノードＩＤがノードテーブル（図８）に既に格納されているか否かを判定する（ステップＳ３０３）。受信した電波が示す局ＩＤとノードＩＤが既にノードテーブルに格納済みである場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、主局１１は処理を終了する。一方、受信した電波が示す局ＩＤとノードＩＤがノードテーブルに格納されていない場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、主局１１は局ＩＤとノードＩＤをノードテーブルに格納する（ステップＳ３０４）。

以上が、ネットワークの構成において主局１１が行う処理である。続いて、ネットワークの構成において従局１２の各々が行う処理を説明する。従局１２の近隣に配置された主局１１または他の従局１２がネットワークＩＤを示す電波を送信する場合がある。主局１１または他の従局１２からネットワークＩＤを示す電波が送信されてきた場合、従局１２は図１０に示すフローに従う処理を行う。従局１２は、まず、ネットワークＩＤを示す電波を受信する（ステップＳ４０１）。

続いて、従局１２は、受信した電波の位相差の絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。受信した電波の位相差の絶対値が所定の閾値を超える場合（ステップＳ４０２；Ｎｏ）、従局１２は処理を終了する。一方、受信した電波の位相差の絶対値が所定の閾値以下である場合（ステップＳ４０２；Ｙｅｓ）、従局１２は受信した電波が示すネットワークＩＤが、その時点でメモリ１２２に記憶しているネットワークＩＤ（従局１２がそれまで属していたネットワークを識別するネットワークＩＤ）と一致するか否かを判定する（ステップＳ４０３）。

受信したネットワークＩＤがメモリ１２２に記憶しているネットワークＩＤと一致する場合（ステップＳ４０３；Ｙｅｓ）、従局１２は処理を終了する。一方、受信したネットワークＩＤがメモリ１２２に記憶しているネットワークＩＤと一致しない場合（ステップＳ４０３；Ｎｏ）、従局１２は受信したネットワークＩＤと自局の局ＩＤを示す電波を送信する（ステップＳ４０４）。ステップＳ４０４において送信されるデータは、主局１１または他の従局１２に対し自局に対するノードＩＤの割り当てをリクエストするデータである。

上記のように従局１２から送信されたネットワークＩＤと局ＩＤを示す電波は、近隣の主局１１または他の従局１２により受信される。主局１１がネットワークＩＤと局ＩＤを示す電波を受信した場合、主局１１は既に説明したように、図７に示すフローに従う処理を行う。従局１２が他の従局１２から送信されたネットワークＩＤと局ＩＤを示す電波を受信した場合も、当該電波を受信した従局１２は図７に示すフローに従う処理を行う。ただし、従局１２が図７に示すステップＳ２０２において、受信したネットワークＩＤと比較するネットワークＩＤは、後述する図１１に示すフローのステップＳ５０６において送信したネットワークＩＤである。また、従局１２が図７に示すステップＳ２０５において他の従局１２に割り当てるノードＩＤは、自局に割り当てられているノードＩＤより１だけ大きいノードＩＤである。

主局１１または従局１２がステップＳ２０６において送信するネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波は、近隣の従局１２に受信される。ネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波が送信されてきた場合、従局１２は図１１に示すフローに従う処理を行う。従局１２は、まず、ネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波を受信する（ステップＳ５０１）。

続いて、従局１２は、受信した電波の位相差の絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。受信した電波の位相差の絶対値が所定の閾値を超える場合（ステップＳ５０２；Ｎｏ）、従局１２は処理を終了する。一方、受信した電波の位相差の絶対値が所定の閾値以下である場合（ステップＳ５０２；Ｙｅｓ）、従局１２は受信した電波が示す局ＩＤが自局の局ＩＤであるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。

受信した電波が示す局ＩＤが自局の局ＩＤである場合（ステップＳ５０３；Ｙｅｓ）、従局１２は受信した電波が示すネットワークＩＤとノードＩＤを新たなネットワークＩＤおよび新たに自局に割り当てられたノードＩＤとしてメモリ１２２に記憶する（ステップＳ５０４）。続いて、従局１２は自局に接続されている距離センサ１３の測定値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０５）。距離センサ１３の測定値が所定の距離以下である場合（ステップＳ５０５；Ｙｅｓ）、従局１２はステップＳ５０１において受信した電波が示すネットワークＩＤを示す電波を送信する（ステップＳ５０６）。

ステップＳ５０６において従局１２が送信する電波は、当該従局１２が自局より後ろに配置されている他の従局１２に対し新たなネットワークＩＤを通知するために送信する電波である。従って、距離センサ１３の測定値が所定の距離を超えている場合（ステップＳ５０５；Ｎｏ）、従局１２は自局が列車９の末尾に配置されていると認識し、ステップＳ５０６におけるネットワークＩＤの送信を行わず、処理を終了する。

ステップＳ５０３において、ステップＳ５０１において受信した局ＩＤが自局の局ＩＤではない場合（ステップＳ５０３；Ｎｏ）、従局１２は受信したネットワークＩＤがメモリ１２２に記憶しているネットワークＩＤと一致するか否かを判定する（ステップＳ５０７）。それらのネットワークＩＤが一致しない場合（ステップＳ５０７；Ｎｏ）、従局１２は処理を終了する。一方、それらのネットワークＩＤが一致する場合（ステップＳ５０７；Ｙｅｓ）、従局１２は受信したノードＩＤが自局のノードＩＤより大きいか否かを判定する（ステップＳ５０８）。受信したノードＩＤが自局のノードＩＤより小さい場合（ステップＳ５０８；Ｎｏ）、従局１２は処理を終了する。一方、受信したノードＩＤが自局のノードＩＤより大きい場合（ステップＳ５０８；Ｙｅｓ）、従局１２はステップＳ５０１において受信したネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを示す電波を送信する（ステップＳ５０９）。

以上が、ネットワークの構成において従局１２が行う処理である。図１２は、上述した主局１１および従局１２の処理により、同じ列車９に配置された主局１１と従局１２が新しいネットワークを構成する処理のシーケンスを示した図である。

まず、主局１１が新たに生成したネットワークＩＤを送信する（ステップＳ００１）。ステップＳ００１において送信されたネットワークＩＤは従局１２Ａ（１）により受信される。従局１２Ａ（１）はステップＳ００１において受信したネットワークＩＤと自局の局ＩＤを送信する（ステップＳ００２）。ステップＳ００２において送信されたネットワークＩＤと局ＩＤは主局１１により受信される。主局１１はステップＳ００２において受信した局ＩＤに対しノードＩＤを割り当て、局ＩＤとノードＩＤをノードテーブルに格納する（ステップＳ００３）。

続いて、主局１１はネットワークＩＤと、ステップＳ００３においてノードテーブルに格納した局ＩＤおよびノードＩＤを送信する（ステップＳ００４）。ステップＳ００４において送信されたネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤは、従局１２Ａ（１）により受信される。従局１２Ａ（１）はステップＳ００４において受信したネットワークＩＤとノードＩＤを記憶する（ステップＳ００５）。これにより、従局１２Ａ（１）がネットワークに属するノードとして主局１１に登録されたことになる。

続いて、従局１２Ａ（１）はステップＳ００５において記憶したネットワークＩＤを送信する（ステップＳ００６）。ステップＳ００６において送信されたネットワークＩＤは従局１２Ｂ（１）により受信される。従局１２Ｂ（１）はステップＳ００６において受信したネットワークＩＤと自局の局ＩＤを送信する（ステップＳ００７）。ステップＳ００７において送信されたネットワークＩＤと局ＩＤは従局１２Ａ（１）により受信される。従局１２Ａ（１）はステップＳ００７において受信した局ＩＤに対しノードＩＤを割り当て、ネットワークＩＤ、ステップＳ００７において受信した局ＩＤおよび割り当てたノードＩＤを送信する（ステップＳ００８）。

ステップＳ００８において送信されたネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤは従局１２Ｂ（１）と主局１１により受信される。従局１２Ｂ（１）はステップＳ００８において受信したネットワークＩＤとノードＩＤを記憶する（ステップＳ００９）。また、主局１１はステップＳ００８において受信した局ＩＤとノードＩＤをノードテーブルに格納する（ステップＳ０１０）。これにより、従局１２Ｂ（１）がネットワークに属するノードとして主局１１に登録されたことになる。

続いて、従局１２Ｂ（１）はステップＳ００９において記憶したネットワークＩＤを送信する（ステップＳ０１１）。その後、上述した従局１２Ａ（１）と従局１２Ｂ（１）により行われたステップＳ００７〜Ｓ００９と同様の処理が、従局１２Ｂ（１）と従局１２Ａ（２）により行われる（ステップＳ０１２〜Ｓ０１４）。

ステップＳ０１３において従局１２Ｂ（１）から送信されたネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤは、従局１２Ａ（２）に加え、従局１２Ａ（１）によっても受信される。従局１２Ａ（１）はステップＳ０１３において受信したネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤを送信する（ステップＳ０１５）。ステップＳ０１５において送信されたネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤは主局１１により受信される。主局１１はステップＳ０１５において受信した局ＩＤとノードＩＤをノードテーブルに格納する（ステップＳ０１６）。これにより、従局１２Ａ（２）がネットワークに属するノードとして主局１１に登録されたことになる。

上述した従局１２Ａ（１）、従局１２Ｂ（１）、従局１２Ａ（２）をネットワークに属するノードとして主局１１に登録するための処理と同様の処理が、従局１２Ｂ（２）〜従局１２Ｂ（ｎ）に関して順次行われる。その結果、主局１１のメモリ１１２に記憶されるノードテーブルには、全ての従局１２に関し局ＩＤとノードＩＤの対応関係を示すデータが格納される。また、従局１２の各々のメモリ１２２には、新たなネットワークＩＤとノードＩＤが記憶される。

上記のようにネットワークの構成が行われると、主局１１と従局１２の各々はデータ（以下、ネットワークＩＤ、局ＩＤおよびノードＩＤと区別するために、「実データ」という）の送受信を行うことが可能となる。従局１２が主局１１または他の従局１２から送信された実データを示す電波を受信した場合、従局１２は図１３に示すフローに従う処理を行う。従局１２は、まず、実データを示す電波を受信する（ステップＳ６０１）。実データには、ネットワークＩＤと、送信元の主局１１または従局１２のノードＩＤが伴っている。

従局１２は、ステップＳ６０１において受信したネットワークＩＤがメモリ１２２に記憶しているネットワークＩＤと一致するか否かを判定する（ステップＳ６０２）。それらのネットワークＩＤが一致しない場合（ステップＳ６０２；Ｎｏ）、従局１２は処理を終了する。一方、それらのネットワークＩＤが一致する場合（ステップＳ６０２；Ｙｅｓ）、従局１２はステップＳ６０１において受信したノードＩＤとメモリ１２２に記憶している自局のノードＩＤを比較する（ステップＳ６０３）。

受信したノードＩＤが自局のノードＩＤより１だけ小さい場合（ステップＳ６０３；１）、従局１２は受信した実データに応じた処理を行う（ステップＳ６０４）。続いて、従局１２は距離センサ１３の測定値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ６０５）。距離センサ１３の測定値が所定の閾値を超える場合（ステップＳ６０５；Ｎｏ）、従局１２は処理を終了する。一方、距離センサ１３の測定値が所定の閾値以下である場合（ステップＳ６０５；Ｙｅｓ）、従局１２は実データと、ネットワークＩＤおよび自局のノードＩＤを示す電波を送信する（ステップＳ６０６）。

ステップＳ６０１において受信したノードＩＤが自局のノードＩＤより１だけ大きい場合（ステップＳ６０３；２）、従局１２は受信した実データに応じた処理を行う（ステップＳ６０７）。続いて、従局１２は実データと、ネットワークＩＤおよび自局のノードＩＤを示す電波を送信する（ステップＳ６０６）。

なお、従局１２がステップＳ６０６において送信する実データは、例えば、ステップＳ６０１において受信した実データと同じデータ、ステップＳ６０４またはステップＳ６０７において生成したデータ等である。

ステップＳ６０１において受信したノードＩＤが自局のノードＩＤより２以上大きい場合、もしくは２以上小さい場合（ステップＳ６０３；３）、従局１２は処理を終了する。

図１３のフローに従う処理を従局１２の各々が行うことにより、主局１１から従局１２Ｂ（ｎ）に向かい実データがリレー式に順次送信され、また、任意の従局１２から主局１１に向かい、実データがリレー式に順次送信される。

主局１１の近隣の従局１２から実データを示す電波が送信されると、主局１１は図１４に示すフローに従う処理を行う。主局１１は、まず、実データを示す電波を受信する（ステップＳ７０１）。実データには、ネットワークＩＤと、送信元の従局１２のノードＩＤが伴っている。

主局１１は、ステップＳ７０１において受信したネットワークＩＤがメモリ１１２に記憶しているネットワークＩＤと一致するか否かを判定する（ステップＳ７０２）。それらのネットワークＩＤが一致しない場合（ステップＳ７０２；Ｎｏ）、主局１１は処理を終了する。

一方、それらのネットワークＩＤが一致する場合（ステップＳ７０２；Ｙｅｓ）、主局１１はステップＳ７０１において受信したノードＩＤが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ７０３）。受信したノードＩＤが「１」でない場合（ステップＳ７０３；Ｎｏ）、主局１１は処理を終了する。一方、受信したノードＩＤが「１」である場合（ステップＳ７０３；Ｙｅｓ）、主局１１は受信した実データに応じた処理を行う（ステップＳ７０４）。

なお、主局１１が従局１２Ａ（１）から受信する実データは、例えば、従局１２の各々に接続されたセンサ群９４による測定値を示す測定データ等である。

［変形例］
上述した実施形態は様々に変形することができる。以下にそれらの変形の例を示す。なお、上述した実施形態および以下に示す変形例は適宜組み合わされてもよい。

（１）上述した車上無線通信システム１において、従局１２は台車９３に配置される。これに代えて、従局１２が車両９１に配置されてもよい。また、車両９１に配置される従局１２の数は２つに限られない。

（２）上述した車上無線通信システム１において、車上無線通信ユニット１０４が備える第１アンテナ１０４１は電波の送信と受信を行う。これに代えて、第１アンテナ１０４１が電波の受信のみを行い、車上無線通信ユニット１０４が電波の送信を行うための第３アンテナと、プロセッサ１１１またはプロセッサ１２１から送信を指示されたデータを示す電波を第３アンテナに発生させる第３無線モジュールを備える構成が採用されてもよい。

（３）上述した車上無線通信システム１は、主局１１において生成されたネットワークＩＤがリレー式に従局１２に順次送信されることによって、同じネットワークＩＤが主局１１および従局１２で共有される。これに代えて、主局１１および従局１２の各々が管理装置１４（地上側の装置）から同じネットワークＩＤを受信してもよい。この場合、従局１２の各々は管理装置１４との間で携帯電話通信網等を介してデータ通信を行う広域無線通信ユニットを備える。また、管理装置１４には、例えば管理者により、同じ列車９に配置される主局１１および従局１２の携帯電話通信網等におけるネットワークＩＤ（例えば、携帯電話番号）が登録されている。管理装置１４は、登録されているそれらのネットワークＩＤを用いて主局１１および従局１２に対し、列車９において構成されるネットワークのネットワークＩＤを通知する。

この変形例による場合、同じ列車９に配置される主局１１と従局１２はネットワークの構成を行う前に同じネットワークＩＤが通知されるため、主局１１および従局１２はネットワークの構成において、受信した電波が示すネットワークＩＤに基づき、その電波の送信元の車上無線通信装置が同じ列車９に配置されている車上無線通信装置であるか否かを判定することができる。従って、この変形例において、車上無線通信ユニット１０４は２つのアンテナを備える必要はなく、主局１１および従局１２は位相差に基づく判定を行う必要はない。

（４）上述した車上無線通信システム１が、距離センサ１３に代えて、互いに隣接する車両９１間の連結の状態を検知する連結センサを備える構成が採用されてもよい。

（５）上述した車上無線通信システム１において、ネットワークの構成は、作業員等が主局１１に対し所定の操作を行うことにより開始されるものとした。ネットワークの構成のトリガは作業員等による操作に限られない。例えば、所定時間の経過毎にネットワークの構成が行われてもよい。また、距離センサ１３による測定の結果と所定の閾値との比較結果に応じて、ネットワークの構成が開始されてもよい。また、車上無線通信システム１が距離センサ１３に代えて連結センサを備える場合、連結センサにより検知される車両間の連結状態の変化に応じて、ネットワークの構成が開始されてもよい。

（６）上述した車上無線通信システム１において、車上無線通信ユニット１０４は２つのアンテナを備えるものとしたが、車上無線通信ユニット１０４が３以上のアンテナを備えてもよい。

１…車上無線通信システム、９…列車、１１…主局、１２…従局、１３…距離センサ、１４…管理装置、９１…車両、９２…制御装置、９３…台車、９４…センサ群、１０４…車上無線通信ユニット、１１１…プロセッサ、１１２…メモリ、１１３…有線通信ユニット、１１５…広域無線通信ユニット、１２１…プロセッサ、１２２…メモリ、１２３…有線通信ユニット、１０４１…第１アンテナ、１０４２…第２アンテナ、１０４３…第１無線モジュール、１０４４…第２無線モジュール

Claims (6)

1. 列車に配置された複数の車上無線通信装置を備え、
   前記複数の車上無線通信装置の各々は、前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波を受信した場合、当該電波の送信元の車上無線通信装置との間でネットワークを構成する車上無線通信システムであって、
   前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、複数の受信アンテナを有し、当該複数の受信アンテナの各々により受信した前記電波の位相差に基づき当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であるか否かを判定する
   車上無線通信システム。
2. 前記電波には、前記ネットワークを識別するための第１識別データと、車上無線通信装置を識別するための第２識別データとが含まれ、
   前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、当該電波に含まれる第２識別データにより他の車上無線通信装置を宛先とする電波であると判定した場合、当該電波を送信する
   請求項１に記載の車上無線通信システム。
3. 列車に配置された複数の車上無線通信装置を備え、
   前記複数の車上無線通信装置の各々は、前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波を受信した場合、当該電波の送信元の車上無線通信装置との間でネットワークを構成する車上無線通信システムであって、
   前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、前記複数の車上無線通信装置を前記列車に配置されていない車上無線通信装置から識別する識別データを示す電波を送信し、
   前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、複数の受信アンテナを有し、当該複数の受信アンテナの各々により受信した電波の位相差に基づき当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であるか否かを判定し、当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であると判定した場合であって当該電波が前記識別データを示す場合、当該電波が前記列車に配置されている車上無線通信装置から送信された電波であると判定する
   車上無線通信システム。
4. 列車を構成する複数の車両の間の連結状態を検知する連結センサを備え、
   前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、前記連結センサにより検知される車両の間の連結状態が変化した場合、前記識別データを示す電波を送信する
   請求項３に記載の車上無線通信システム。
5. 列車を構成する複数の車両の間の距離を測定する距離センサを備え、
   前記複数の車上無線通信装置の少なくとも１つは、前記距離センサによる測定の結果と所定の閾値との比較結果に応じて、前記識別データを示す電波を送信する
   請求項３に記載の車上無線通信システム。
6. 列車に配置され、複数の受信アンテナを有し、当該複数の受信アンテナの各々により受信した電波の位相差に基づき当該電波が前記列車に配置されている装置から送信された電波であるか否かを判定する
   車上無線通信装置。

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