JP7321033B2 - 無線通信システム、及び無線通信機 - Google Patents

Description

本発明は、隊列走行を行う車両間の通信を実現する無線通信システム、及び当該無線通信システムを構成する無線通信機に関する。

先行する車両を後続の車両が追従することにより複数の車両が隊列を組んで走行する隊列走行の実現に向けて、運動情報などを車両間で共有するための車車間通信技術の開発や適用が広がりを見せている。燃費性能向上や交通効率の向上といった観点から、隊列内の車両同士の間隔を短くできることが望ましい。車両間間隔を短くするためには車両同士の制御遅延が小さい必要があり、情報共有を担う車車間通信にも遅延が小さく、信頼性が高いことが望まれる。

隊列を形成する車両数が増加すると、隊列内での通信量が増加することから無線通信同士が互いに影響を与えて通信遅延の増加や信頼性の低下に繋がる恐れがある。このため隊列走行に適用するための車車間通信に対しては信頼性を向上させるための様々な技術が提案されている。

例えば特許文献１では、双方向通信を利用して隊列走行を行う隊列走行システムにおいて、送達確認に必要な通信量を減らして、通信の途絶をできるだけ抑制することを目的とした技術が開示されている。

特開２０１１－２５００２１号公報

例えば特許文献１の開示技術は、特定の車両が送信した無線信号を隊列内の全車両が受信できる、又は特定の車両は隊列内の全車両が送信した無線信号を受信できることを前提としており、最低でも隊列長の半分に及ぶ広い無線通信の電波到達範囲を必要とする。また無線通信の電波到達範囲が広いことによって、隊列内の車車間通信が隊列外の無線通信に影響を与える可能性が増加し、逆に隊列外の無線通信が隊列内の車車間通信に影響を与えて通信の信頼性が低下する可能性が増加する。また隊列内の車両数が増加するほど必要な同時接続数が増加するため、隊列内の車車間通信間の衝突などによる遅延の増加や信頼性の低下が生じる可能性が増加する。

本発明は、前述した課題を解決するために、隊列で走行する車両間で通信を行う際に、広い無線通信の電波到達範囲を必要とせず、隊列内の車車間通信の衝突等による遅延の増加や信頼性の低下を抑制する無線通信システム及び無線通信機を提供することを目的とする。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、隊列走行を行う車両に搭載された無線通信機の間で通信する無線通信システムであって、自車両に隣接する前方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルと、自車両に隣接する後方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルとが異なり、送受信されるデータは、情報種別を示す識別子が格納される第１の領域と、前記データの時間順序を示す番号が格納される第２の領域とを含み、前記無線通信機の各々は、前記車両間の無線通信を確立する際に、先頭又は末尾の第１の車両と、隣接する第２の車両との間で第１の周波数チャネルを用いて第１の通信を確立し、前記第１の通信の確立後に、前記第２の車両と、隣接する第３の車両との間で第２の周波数チャネルを用いて通信を確立することによって、前記第１の車両から順に通信を確立し、複製された受信データを他車両に送信するための送信待ち領域に複数回追加する際、前記第１の領域の識別子が同じデータが既に送信待ち領域に格納されている場合は、前記第２の領域を比較した結果に基づいて、一方のデータの追加を抑制し、前記送信待ち領域内の全ての受信データと現在処理中の受信データとを比較し、第１の領域が一致し、かつ第２の領域が一致しない受信データが存在する場合、受信データの追いつきが発生したと判定し、前記送信待ち領域内に存在する側の受信データは新しい受信データに追いつかれたと判定して、前記送信待ち領域から削除し、新しい受信データを前記送信待ち領域に追加することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、隊列走行における車車間通信に対し、遅延が低く、高い信頼性を有する無線通信システム及び無線通信機を提供することができる。

本発明の実施例の無線通信システムが適用される隊列走行中の車両群の模式図である。 本発明の実施例の車車間通信部の模式図である。 本発明の実施例の通信中継部のハードウェア構成の模式図である。 本発明の実施例の車車間通信パケットの構成の一例を示す図である。 本発明の実施例の対前方受信処理の一例のフローチャートである。 本発明の実施例の送信バッファ処理の一例のフローチャートである。 本発明の実施例の対前方送信処理の一例のフローチャートである。 本発明の実施例のチャネル選択を示すテーブルの一例を示す図である。 本発明の実施例の送信タイミング指定の例を示す図である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する

図１は、本発明の実施例の無線通信システムが適用される隊列走行中の車両群の模式図である。隊列走行中の車両群は複数の車両からなり、１両の先頭車両１２０と１両の末尾車両１３０を含み、また０両又は１両以上の中間車両１１０を含む。なお、以下ではそれぞれの車両について、隊列内で隣接し自車両の直前を走行する車両を「直前車両」、隊列内で隣接し自車両の直後を走行する車両を「直後車両」と称する。

それぞれの車両は、自車両の情報を無線通信を通じて他の車両に通知し、また他の車両の情報を無線通信を通じて受け取る車車間通信部２００を有する。車車間通信部２００にて用いられる車車間通信方式は、例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）やセルラ通信をベースとしたＬＴＥ－Ｖ２Ｘ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ－Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ）等、その他いずれの方式であってもよい。

図２は、本発明の実施例の車車間通信部２００の模式図である。車車間通信部２００は、通信中継部２１０、対前方通信部２２０及び対後方通信部２３０を有する。

通信中継部２１０は、制御処理２１１、内部インタフェース処理２１２、送信バッファ処理２１３、対前方送信処理２１４、対前方受信処理２１５、対後方送信処理２１６及び対後方受信処理２１７の各処理を有する。

制御処理２１１は、通信中継部２１０内の各処理、対前方通信部２２０及び対後方通信部２３０に対してパラメータ設定や動作タイミングの設定等を行うことで、処理全体を制御する。

内部インタフェース処理２１２は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車両内部の制御ネットワークや車両内ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の情報ネットワークと接続し、車車間通信を行う情報を抽出し、車車間通信向けの情報形式に加工して送信バッファ処理２１３に転送する。また、内部インタフェース処理２１２は、対前方受信処理２１５又は対後方受信処理２１７から転送された自車両宛の情報を加工し、車両内部の制御ネットワークや情報ネットワークに転送する。

送信バッファ処理２１３は、内部インタフェース処理２１２又は対前方受信処理２１５又は対後方受信処理２１７から転送された車車間通信で送信される情報を蓄積する。また、送信バッファ処理２１３は、対前方送信処理２１４又は対後方送信処理２１６からの要求に応じて蓄積している車車間通信を行う情報を転送する。また、送信バッファ処理２１３は、制御処理２１１からの指示に応じて、蓄積している車車間通信を行う情報の複製や削除を行う。

対前方送信処理２１４は、制御処理２１１の指示に従い、送信バッファ処理２１３から車車間通信を行う情報を取得し、１又は複数の車車間通信を行う情報を基に車車間通信パケットを生成して対前方通信部２２０に転送する。

対前方受信処理２１５は、対前方通信部２２０からの車車間通信パケットの転送を待ち受け、転送された車車間通信パケット内の車車間通信を行う情報毎に宛先車両に応じて内部インタフェース処理２１２及び送信バッファ処理２１３の少なくとも一方に転送する。

対後方送信処理２１６は、制御処理２１１の指示に従い、送信バッファ処理２１３から車車間通信を行う情報を取得し、１又は複数の車車間通信を行う情報を基に車車間通信パケットを生成して対後方通信部２３０に転送する。

対後方受信処理２１７は、対後方通信部２３０からの車車間通信パケットの転送を待ち受け、転送された車車間通信パケット内の車車間通信を行う情報毎に宛先車両に応じて内部インタフェース処理２１２及び送信バッファ処理２１３の少なくとも一つに転送する。

対前方通信部２２０は、前方の車両との無線通信を行う部位である。対前方通信部２２０は直前車両の対後方通信部２３０と無線通信の接続を確立し、直前車両の対後方通信部２３０が送信した無線信号を受信して通信中継部２１０に転送し、また通信中継部２１０から転送された情報を直前車両の対後方通信部２３０に対して無線信号として送信する。

対後方通信部２３０は、後方の車両との無線通信を行う部位である。対後方通信部２３０は、直後車両の対前方通信部２２０と無線通信の接続を確立し、直後車両の対前方通信部２２０が送信した無線信号を受信して通信中継部２１０に転送し、また通信中継部２１０から転送された情報を直後車両の対前方通信部２２０に対して無線信号として送信する。

なお、車車間通信部２００の通信中継部２１０、対前方通信部２２０及び対後方通信部２３０はそれぞれ別個のハードウェアであってもよいし、複数の部位を単一のハードウェア上にまとめて実装してもよい。さらに例えば、対前方通信部２２０と対後方通信部２３０との信号処理機能を共通のハードウェアで実装し、アンテナを独立に持つような、部分的なハードウェアの共通化による実装であってもよい。

また、先頭車両１２０の車車間通信部２００は、対前方通信部２２０等の直前車両との通信に関する機能を有さなくてもよいし、中間車両１１０や末尾車両１３０と同等の機能を有した上で動作を停止していてもよい。同様に末尾車両１３０の車車間通信部２００は、対後方通信部２３０等の直後車両との通信に関する機能を有さなくてもよいし、中間車両１１０や先頭車両１２０と同等の機能を有した上で動作を停止していてもよい。

また、対前方通信部２２０と対後方通信部２３０とは、接続開始時にいずれが先に電波の送信を開始する側であってもよい。すなわち、例えば、無線通信方式として無線ＬＡＮを用いる場合、対前方通信部２２０がアクセスポイントとして動作し、対後方通信部２３０が端末として動作してもよいし、逆の組み合わせであってもよい。

図３は、本発明の実施例の通信中継部２１０のハードウェア構成の模式図である。通信中継部２１０は、例えばＣＰＵ／ＤＳＰ部３０１、メモリ部３０２、論理回路部３０３、ＣＡＮ Ｉ／Ｆ部３０４、ＬＡＮ Ｉ／Ｆ部３０５、及びこれら各部位を接続するバス３０６から構成される。通信中継部２１０の各処理は例えばメモリ部３０２に記憶されたプログラムであり、ＣＰＵ／ＤＳＰ部３０１、メモリ部３０２、論理回路部３０３のリソースを用いて動作する。通信中継部２１０の各処理は、それぞれ、又はいくつかの処理ごとに異なるプロセス又はスレッドとして独立に動作することが望ましい。また、内部インタフェース処理２１２は、ＣＡＮ Ｉ／Ｆ部３０４を経由して車両内の制御ネットワークと接続し、またＬＡＮ Ｉ／Ｆ部３０５を経由して車両内の情報ネットワークと接続する。対前方送信処理２１４及び対前方受信処理２１５は、ＬＡＮ Ｉ／Ｆ部３０５を経由して対前方通信部２２０と接続する。対後方送信処理２１６及び対後方受信処理２１７は、ＬＡＮ Ｉ／Ｆ部３０５を経由して対後方通信部２３０と接続する。

図４は、本発明の実施例の車車間通信パケットの構成の一例を示す図である。車車間通信パケットは、パケットヘッダ４００と、１又は複数のデータヘッダ４１０及びデータボディ４２０との組み合わせである車車間通信情報から構成される。データヘッダ４１０及びデータボディ４２０は、内部インタフェース処理２１２において生成され、パケットヘッダ４００は対前方送信処理２１４又は対後方送信処理２１６において生成される。

データボディ４２０は、例えば車両内の情報を基に内部インタフェース処理２１２にて加工されて生成された情報である。また、データヘッダ４１０は、データボディ４２０の生成時に当該データボディ４２０の特徴や状態などを表すための生成される情報群であり、データ種別４１１、データ宛先４１２、データ優先度４１３、データ長４１４、データシーケンス番号４１５、及びデータタイムスタンプ４１６の少なくとも一つを含む。データ種別４１１は、データボディ４２０に含まれる情報の内容を示す符号であり、例えばデータボディ４２０の内容が車両の移動速度である、又は車両の座標である等を符号によって示す。データ宛先４１２は、データボディ４２０を受信する車両を示す符号であり、宛先車両番号及びブロードキャストフラグから構成される。ブロードキャストフラグがＯｆｆの場合、当該データは宛先車両番号で示される車両のみが受信できるように送信され、ブロードキャストフラグがＯｎの場合、当該データは宛先車両番号で示される車両を含む経路上の全ての車両が受信できるように送信される。例えば、先頭車両１２０において宛先車両番号として末尾車両１３０を指定し、ブロードキャストフラグをＯｎとすることによって、全ての車両に対して当該データが送信される。データ優先度４１３は当該データの緊急性を示す符号であり、優先度が高いデータほど遅延が小さくなるように調整する。データ長４１４は、例えばバイト単位のデータボディ４２０の長さ、又はデータヘッダ４１０の長さとデータボディ４２０の長さとの和を示す。データシーケンス番号４１５は、データ種別４１１毎の当該データの番号であり、後に生成されたデータほど番号が大きくなるように選択される番号である。例えばデータシーケンス番号４１５を保持するために８ｂｉｔ用意し、データ生成毎に１ずつ番号が大きくなる場合、データシーケンス番号０の次は１、１の次は２、…であり、２５５の次は再び０となる。データタイムスタンプ４１６は、当該データボディ４２０が生成された時刻情報を表す符号である。

パケットヘッダ４００は、パケット種別４０１、パケット宛先４０２、パケット優先度４０３、パケット長４０４、パケットシーケンス番号４０５、及びパケットタイムスタンプ４０６の少なくとも一つを含む。パケット種別４０１は、当該パケットが含む情報を示す符号である。パケット宛先４０２は、当該パケットを受信する車両を示す符号であり、通常は、当該パケットが対前方送信処理２１４にて生成された場合には直前車両を示し、当該パケットが対後方送信処理２１６によって生成された場合には直後車両を示す。パケット優先度４０３は、対前方通信部２２０又は対後方通信部２３０に設定される当該パケットの優先度である。パケット長４０４は、例えばバイト単位の当該車車間通信パケットの長さ、及び当該車車間通信パケットにデータヘッダ４１０及びデータボディ４２０の組み合わせを何組含むかの情報の少なくとも一つである。パケットシーケンス番号４０５は、パケット種別４０１毎の当該データの番号であり、後に生成されたパケットほどパケットシーケンス番号４０５が大きくなるように選択される番号であり、パケットシーケンス番号４０５を保持するビット範囲内で最大値の後は最小値から繰り返される。パケットタイムスタンプ４０６は、当該パケットが生成された時刻情報を示す符号である。

図５は、本発明の実施例の対前方受信処理２１５の一例のフローチャートである。対前方受信処理２１５では、まず処理５１０にて対前方通信部２２０から受信した車車間通信パケットが転送されるのを待ち受け、車車間通信パケットが到着すると次の処理５１１へと移行する。なお複数の車車間通信パケットが同時に転送された場合、各車車間通信パケットについて処理５１１以降の処理を順に実施する。

処理５１１では、車車間通信パケットを分離し、分離された車車間通信パケットに含まれる車車間通信情報毎に処理５１２以降の処理を実施する。処理５１２では、車車間通信情報のデータヘッダ４１０に含まれるデータ宛先４１２を確認し、データ宛先４１２に自車両が指定されていた場合又はデータ宛先４１２にブロードキャストフラグが指定されていた場合は処理５１３に分岐し、その他の場合には処理５１４に分岐する。処理５１３では、当該車車間通信情報を内部インタフェース処理２１２に転送する。処理５１４では、車車間通信情報のデータヘッダ４１０に含まれるデータ宛先４１２を確認し、データ宛先４１２に指定されている車両が隊列内で自車両よりも後方の車両である場合には処理５１５に、その他の場合には処理５１６に分岐する。処理５１５では、当該車車間通信情報を送信バッファ処理２１３に転送する。処理５１６では、パケット内の全車車間通信情報についての処理が完了したか否かを確認し、完了した場合には処理５１０に、そのほかの場合には処理５１１に分岐する。

なお、対後方受信処理２１７の処理は、処理５１４においてデータ宛先車両が自車両よりも隊列内後方の車両であることを確認する代わりに、データ宛先車両が自車両よりも隊列内前方の車両であることを確認する点を除き、対前方受信処理２１５と同じである。

図６は、本発明の実施例の送信バッファ処理２１３の一例のフローチャートである。送信バッファ処理２１３では、まず処理５２０にて、内部インタフェース処理２１２又は対前方受信処理２１５又は対後方受信処理２１７から車車間通信情報が転送されるのを待ち、車車間通信情報が到着すると次の処理５２１へと移行する。なお複数の車車間通信情報が同時に転送された場合、各車車間通信情報について処理５２１以降の処理を順に実施する。また送信バッファ処理２１３は、データ優先度及び送信方向に関連付けられた１又は複数の待ち行列で構成される送信待ち領域を持つ。例えば中間車両１１０において３通りのデータ優先度がある場合、対前方及び対後方それぞれについて３通りの優先度、計６つの待ち行列を持つ。なお、ここでは説明の便宜上待ち行列との語を使用するが、データ形式として待ち行列である必要はなく、例えば配列や連想配列、構造体などの組み合わせで実装される送信待ち領域でもよい。

処理５２１では、データヘッダ４１０内のデータ優先度４１３及びデータ宛先４１２に基づいて、当該車車間通信情報に関連する待ち行列を選択する。以降の処理はここで選択された待ち行列を用いて行う。次いで処理５２２において、複製カウンタの設定を行う。複製カウンタの設定は制御処理２１１よりデータ種別４１１毎に設定された情報に基づき、複製されない車車間通信情報については複製カウンタを０に、複製される車車間通信情報については複製回数に合わせ、例えば複製により２回送信する情報には１、３回送信する情報には２と、送信回数から１を減じた値を設定する。次いで処理５２３において制御処理２１１より設定された重複削除処理実施の可否に基づいて重複削除処理を実施する。重複削除処理では、待ち行列内の全ての車車間通信情報と現在処理中の車車間通信情報とのそれぞれのデータヘッダ４１０を比較する。データヘッダ４１０の全て、又は一部の情報（例えばデータ種別４１１及びデータシーケンス番号４１５、又はデータ種別４１１及びデータタイムスタンプ４１６等）が等しい車車間通信情報が存在する場合には重複と判定する。重複と判定した場合には当該車車間通信情報に関する処理を終了し、処理５２０に戻る。これにより、例えば複製カウンタの設定等により複数回送信されて複製された情報を抑制して、同じ内容の情報の重複を避けることが可能となる。制御処理２１１より重複削除処理を実施しないと設定されている場合、又は重複削除処理の実施がデータ種別４１１により規定され、当該車車間通信情報のデータ種別４１１が重複削除処理を実施しない設定である場合には、重複を判定せずに、常に重複と判定しない場合に相当する処理を実施する。

重複と判定しない場合には、次いで処理５２４において制御処理２１１より設定された周期情報追いつき処理実施の可否に基づいて周期情報追いつき判定を実施する。周期情報追いつき判定では、待ち行列内の全ての車車間通信情報のデータヘッダ４１０と現在処理中の車車間通信情報のデータヘッダ４１０とを比較する。データヘッダ４１０のうち、例えばデータ種別４１１が一致し、かつデータシーケンス番号４１５又はデータタイムスタンプ４１６が一致しない車車間通信情報が存在する場合、車車間通信情報の追いつきが発生したと判定する。追いつきが発生したと判定された場合、処理５２５において待ち行列内に存在する側の車車間通信情報は新しい車車間通信情報に追いつかれたと判定して待ち行列から削除し、追いついた側の車車間通信情報を新たに待ち行列に追加する。追いついた側の車車間通信情報の待ち行列への挿入位置は、待ち行列の末尾であってもよいし、追いつかれた側の車車間通信情報の存在した位置であってもよい。この処理によって、例えば一定時間間隔毎に周期的に送信された車両情報等が通信区間の輻輳により到達が遅れる状況となっている場合に、既に不要となっている古い情報の送信を抑止することで輻輳の解消が可能となる。なお、タイムスタンプが一致しない場合、先のタイムスタンプのデータを削除しても、後のタイムスタンプのデータを削除してもよい。また、制御処理２１１より周期情報追いつき判定を実施しないと設定されている場合、又は周期情報追いつき判定の実施がデータ種別４１１によって規定され、当該車車間通信情報のデータ種別４１１が周期情報追いつき判定を実施しない設定である場合には、周期情報追いつき判定を実施せずに、追いつきと判定しない場合に相当する処理を常に実施する。追いつきが発生したと判定されない場合には、処理５２６にて当該車車間通信情報を待ち行列の末尾に追加し、当該車車間通信情報に関する処理を終了して処理５２０に戻る。

図７は、本発明の実施例の対前方送信処理の一例のフローチャートである。対前方送信処理２１４は、まず処理５３０にて制御処理２１１より指定された送信タイミングを待ち、送信タイミングであると判定した時点で処理５３１に移行する。処理５３１では、パケットの生成判定を行う。処理５３０から処理５３１に到達した時点で、いずれの待ち行列にも車車間通信情報が存在しない場合、処理を終了して、再び処理５３０に移行する。いずれかの待ち行列に車車間通信情報が存在する場合、パケット生成のために優先度が高い待ち行列の先頭から順に処理５３２以降の処理を実施する。なお、対前方送信処理２１４では前方への送信に関連付けられた待ち行列のみを扱うので、ここで全ての待ち行列とは前方への送信に関連付けられた待ち行列全てを指す。処理５３２以降の処理を実施し、生成されたパケットに車車間通信情報が存在する場合、
条件１．全ての待ち行列が空又はいずれの待ち行列にもパケット上の車車間通信情報と同一の情報しか存在しない、
条件２．制御処理２１１より指定された最大パケット長に対し、生成中のパケットの長さに新しい車車間通信情報を追加する余裕がない、及び、
条件３．制御処理２１１よりデータ優先度の混載不可が指定されている場合、パケットに追加済の車車間通信情報と同一優先度の待ち行列が空又は既にパケットに追加済の車車間通信情報と同一の情報のみ存在、のいずれかの条件を満たす場合、パケットの送信のため、処理５３７へ移行する。前述したいずれの条件も満たさない場合、パケット生成継続のため、処理５３２へ移行する。

処理５３２では、以降の処理のために優先度が高い車車間通信情報に関連付けられかつ空ではない待ち行列から順に選択する。処理５３３では、処理５３２にて選択された待ち行列中で既にパケットに追加された車車間通信情報を除く、最も先頭の車車間通信情報をパケットに追加する。次いで、処理５３４にて当該車車間通信情報の複製カウンタを確認し、複製カウンタが０であれば、処理５３５にて待ち行列から当該車車車間通信情報を削除した後、処理５３１に戻る。処理５３４にて確認した結果、複製カウンタが０でない値である場合、処理５３６にて複製カウンタの値を１減算し、処理５３１に戻る。

処理５３７では、１又は複数の車車間通信情報が追加されたパケットに対してパケットヘッダ４００を付加する。次いで処理５３８にて生成したパケットを対前方通信部２２０に転送し、処理５３０に戻る。以上の処理によって、自車両が生成した信号と他車両が生成した信号との両方のうち優先度が高い信号から順に送信することができる。

対後方送信処理２１６の処理は、前方への送信に関連付けられた待ち行列ではなく後方への送信に関連付けられた待ち行列を扱う点を除き、対前方送信処理２１４の処理と同じである。

図８（１）は、本発明の実施例のチャネル選択を示すテーブルの一例を示す図である。本発明の実施例においては、各車両の対前方通信部２２０が使用するチャネルと、対後方通信部２３０が使用するチャネルとが異なるようにチャネルを選択し、対前方の通信と対後方の通信とが互いに与える影響を低減する。図８（１）のテーブルは、例えば６車両の隊列にて利用可能なチャネルがＡ、Ｂ、Ｃの三つの場合の例である。隊列内の車両数や利用可能なチャネル数については、あくまで例示であり、異なる値の場合も同様の方針で適用可能である。

図８（１）の例の場合、１両目の先頭車両１２０の対後方通信部２３０及び２両目の車両の対前方通信部２２０はチャネルＡを使用し、２両目の車両の対後方通信部２３０及び３両目の車両の対前方通信部２２０はチャネルＢを使用する。このようなチャネルの選択を行うために、例えば図８（１）のテーブルを事前に全ての車両の制御処理２１１が有し、自車両の隊列内での位置に応じてテーブルに基づいてチャネルを選択して、制御処理２１１から対前方通信部２２０及び対後方通信部２３０に選択されたチャネルを設定する。あるいは、例えばテーブルそのものではなく図８（１）の対応関係を導くことが可能な関数を事前に全ての車両の制御処理２１１が有し、自車両の隊列内での位置に応じてチャネルを計算して、制御処理２１１から対前方通信部２２０及び対後方通信部２３０に計算されたチャネルを設定する。あるいは、例えばチャネルＡ、Ｂ、Ｃという候補チャネルのリストを事前に全ての車両の制御処理２１１が有し，まず最初に先頭車両１２０と２両目の車両との間で候補チャネルの中からいずれかのチャネルを選択して通信を確立し、次に２両目の車両と３両目の車両と間で候補チャネルの中からいずれかの未使用のチャネルを選択して通信を確立する、といったように先頭車両１２０から順にチャネルを選択してもよい。また、例えば前述した方法で先頭車両１２０から順にチャネルを選択する場合、各中間車両１１０が対後方通信部２３０で使用するチャネルとしては、対前方通信部２２０で使用しているチャネルと異なるチャネルであればいずれのチャネルでもよい、という規定に従ってチャネルを選択してもよい。別の方法として、図８（１）のテーブルに各車両間で選択されたチャネルを順に埋めながら後方に通知することによって、同一のチャネルを使用する車両同士の距離ができるだけ離れるようにチャネルを選択してもよい。なお、以上では先頭車両１２０から後方に向けて順にチャネルを決めるが、末尾車両１３０から前方に向けて順にチャネルを決めてもよい。

また、図８（２）は、本発明の実施例のチャネル選択を示すテーブルの別の一例を示す図である。この例では、各車両の対前方通信部２２０と対後方通信部２３０とでチャネルに加えて異なる偏波面を使用することで、さらに対前方の通信と対後方の通信とが互いに与える影響を低減する。

なお、ここでチャネルとは、例えば無線ＬＡＮのチャネルのように異なる周波数範囲であって本来は独立して通信可能な単位のことである。あるいは例えば周波数ホッピングを行うシステムであれば、単なる周波数単位ではなく、一定の時間及び周波数範囲の組み合わせを指してもよい。あるいは例えば符号分割多重接続を採用するシステムであれば、共通の符号を用いて拡散処理を実施する単位である。また、例えば隊列から車両が離脱する場合や隊列に車両が加わる場合、全ての車両間のチャネルをリセットして決め直してもよいし、影響を受けない範囲のチャネルは変更せずに、例えば隊列に変更があった個所から後方のみのチャネルを変更してもよい。また、図８（１）、（２）に示すテーブルに、データ送受信で用いる複数の周波数チャネル候補の情報も記録してもよい。

図９は本発明の実施例の送信タイミング指定の例を示す図である。送信タイミングとして指定された値に従って、制御処理２１１から対前方送信処理２１４及び対後方送信処理２１６に対して送信指示が行われる。図８に示すように対前方の通信と対後方通信とで使用するチャネルが異なったとしても、通常の無線信号はチャネル外に一部の電力が漏えいするため、完全に互いに影響を与えることがあり、チャネル間の干渉が発生しうる。この影響を低減するために、図９に示す指定に従って送信タイミングを調整し、それぞれの通信がチャネル外の通信から受ける影響を低減する。以下、図８の説明の場合と同じく６台の車両の隊列の場合にて説明を行うが、車両数が異なる場合でも同様の方針にて適用可能である。

図９（１）の例では、隊列が６台の車両からなるため五つの車両間が存在する。それぞれの車両間に前方から後方への通信と後方から前方への通信が存在することから、１０のタイミングオフセットを用意する。例えば各車両における送信機会を２ｍｓに一度とし、１０のタイミングオフセットを０．２ｍｓ刻みで設定する。このとき、例えば２番目の車両の対前方送信処理２１４は表に値が１と記されているため、基準時刻から１×０．２ｍｓ＝０．２ｍｓ後、２ｍｓ＋１×０．２ｍｓ＝２．２ｍｓ、４ｍｓ＋１×０．２ｍｓ＝４．２ｍｓ、といった送信時刻を制御処理２１１から指定され、当該タイミングでパケットの生成及び対前方通信部２２０へのパケットの転送が行われる。

図９（１）では全て異なるタイミングオフセットを用いたが、隊列内の車両数が増えるほどタイミングオフセットが細かくなり、又は送信機会を伸ばす（すなわち、データ送信が可能なタイミングの間隔を長くする）必要があるため、タイミングオフセットの適用が困難になる。そこでいくつかの送信箇所で共通のタイミングオフセットを繰り返し使用する方式が考えられる。

図９（２）は各送信箇所のタイミングオフセット指定の別の例を示し、対前方送信処理２１４は全て共通してタイミングオフセット１を用い、対後方送信処理２１６は全て共通してタイミングオフセット０を用いる。例えば送信機会を１ｍｓ毎、２通りのタイミングオフセットを０．５ｍｓ刻みで設定すると、各車両の対前方送信処理２１４は基準時刻から１×０．５ｍｓ＝０．５ｍｓ、１ｍｓ＋１×０．５ｍｓ＝１．５ｍｓ、２ｍｓ＋１×０．５ｍｓ＝２．５ｍｓ、といった送信時刻が設定され、対前方送信処理２１４が実行される。

図９（３）は各送信箇所のタイミングオフセット指定のさらに別の例を示し、一つの車両が送受信する信号に関するタイミングオフセットが全て異なる最低のタイミングオフセット数である４を用いて送信タイミングを構成している。

これらタイミングオフセット指定を用いて対前方送信処理２１４及び対後方送信処理２１６を制御することにより、車車間通信同士がチャネル間干渉により影響を与え合う可能性を低減し、通信の信頼性を向上させることが可能である。

なお、以上の例の説明では図９の図中の値をそのままタイミングオフセットの値として計算に用いたが、表中の値と実際のタイミングオフセットの値とが全単射の関係であれば、必ずしも値をそのまま使用する必要はない。

なお、以上の送信タイミングを設定するためには各車両の基準時刻に大きなずれが存在しないことが望ましい。このため、各車両は例えばＧＮＳＳのような外部システムから共通の時刻情報を取得するか、又は隊列内での車車間通信継続中には通信情報を用いてＮＴＰのような方式を用いて各車両の時刻情報を同期させるとよい。

また、前述した送信タイミングを設定するために、例えば図９のテーブルを事前に全ての車両の制御処理２１１が有し、隊列内での自車両の位置に応じて当該テーブルに基づいて送信タイミングを選択して、制御処理２１１から対前方送信処理２１４及び対後方送信処理２１６に設定する。あるいは例えばテーブルそのものではなく図９の対応関係を導くことが可能な関数を事前に全ての車両の制御処理２１１が有し、隊列内での自車両の位置に応じてチャネルを計算して、制御処理２１１から対前方送信処理２１４及び対後方送信処理２１６に設定する。あるいはいずれかの車両、例えば先頭車両１２０の制御処理２１１が有する図９のテーブルに基いて各車両の制御処理２１１に対して無線通信を用いて送信タイミングを通知し、各車両の制御処理２１１はそれぞれ対前方送信処理２１４及び対後方送信処理２１６に対して送信タイミングを設定してもよい。なお、車両間の送信タイミングの通知に用いる無線通信は、図９の送信タイミングに従わなくともよい。また、車両間の送信タイミングの通知が終了するまでは、各車両の送信タイミングは図９の送信タイミングに従わなくてもよい。

また、例えば隊列から車両が離脱する場合や隊列に車両が加わる場合、全ての車両間の送信タイミングをリセットして決め直してもよいし、影響を受けない範囲の送信タイミングは変更せずに、例えば隊列に変更があった個所から後方のみの送信タイミングを変更してもよい。この時、送信タイミングの変更が完了するまでの間は送信タイミングの通知に関する通信以外を停止してもよいし、変更が完了するまでの間は変更前の送信タイミングを用いて通信を行ってもよい。

以上に説明したように、本発明の実施例によると、隊列走行を行う車両に搭載された無線通信機の間で通信する無線通信システムであって、自車両に隣接する前方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルと、自車両に隣接する後方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルとが異なるので、遅延が低く、高い信頼性を有する無線通信ができる。

また、車両間の無線通信を確立する際、先頭又は末尾の第１の車両と、隣接する第２の車両との間で第１の周波数チャネルを用いて第１の通信を確立し、第１の通信の確立後に、第２の車両と、隣接する第３の車両との間で第２の周波数チャネルを用いて通信を確立するので、確実に重複を排除してチャネルを割り当てできる。

また、前記無線通信機は、データ送受信に用いる複数の周波数チャネル候補の情報と、選択済みの周波数チャネルの情報とを含むリストを保持し、前記リストを参照して周波数チャネルを選択するので、確実に重複を排除してチャネルを割り当てできる。

また、自車両に隣接する前方車両との間でデータを送受信するタイミングと、自車両に隣接する後方車両との間でデータを送受信するタイミングとが重複しないようにデータ送受信タイミングを制御するので、隣接するチャネルからの干渉による通信の失敗を抑制できる。

また、前記無線通信機は、データ送受信タイミング制御の情報を他の前記無線通信機に通知するので、確実に重複しないタイミングを決定できる。

また、周波数チャネルは、無線信号の電力の一部が隣接する周波数チャネルに漏れて、データ送受信に干渉する程度に近接して配置されるので、隣接するチャネルからの干渉による通信の失敗を抑制できる。

また、複製された受信データを他車両に送信するための送信待ち領域（例えば、待ち行列）に追加する際、送信待ち領域に同一のデータがある場合は一方を削除する。すなわち、複製してデータを送信するので、高い信頼性で短時間にデータを送信できる。また、同一データを削除するので、データ量が増えすぎないように制御できる。

また、送受信されるデータは、情報種別を示す識別子が格納される第１の領域と、前記データの時間順序を示す番号（例えば、シーケンス番号やタイムスタンプ）が格納される第２の領域とを含み、複製された受信データを他車両に送信するための送信待ち領域に追加する際、前記第１の領域の識別子が同じデータが既に送信待ち領域に格納されている場合は、前記第２の領域を比較した結果に基づいて、一方のデータを削除するので、真に必要なデータを確実に転送できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに本発明は限定されない。また、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てもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。また構成上同一の機能が複数存在する場合、各機能を実現するハードウェア或いはソフトウェアは別個に実装されていても良いし、実装された一つのハードウェア或いはソフトウェアを時間多重で使用して複数の処理を実施してもよい。また構成上単一の機能であっても、同一の機能を持つ複数のハードウェア或いはソフトウェアを用いて分散処理を実施してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１１０ 中間車両、１２０ 先頭車両、１３０ 末尾車両
２００ 車車間通信部、２１０ 通信中継部、２１１ 制御処理、２１２ 内部インタフェース処理、２１３ 送信バッファ処理、２１４ 対前方送信処理、２１５ 対前方受信処理、２１６ 対後方送信処理、２１７ 対後方受信処理、２２０ 対前方通信部、２３０ 対後方通信部、
３０１ ＣＰＵ／ＤＳＰ部、３０２ メモリ部、３０３ 論理回路部、３０４ ＣＡＮ Ｉ／Ｆ部、３０５ ＬＡＮ Ｉ／Ｆ部、３０６ バス、
４００ パケットヘッダ、４０１ パケット種別、４０２ パケット宛先、４０３ パケット優先度、４０４ パケット長、４０５ パケットシーケンス番号、４０６ パケットタイムスタンプ、４１０データヘッダ、４１１ データ種別、４１２ データ宛先、４１３ データ優先度、４１４ データ長、４１５ データシーケンス番号、４１６ データタイムスタンプ、４２０ データボディ、
５１０～５１６ 対前方受信処理における個別処理、５２０～５２６ 送信バッファ処理における個別処理、５３０～５３８ 対前方送信処理における個別処理

Claims (9)

1. 隊列走行を行う車両に搭載された無線通信機の間で通信する無線通信システムであって、
   自車両に隣接する前方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルと、自車両に隣接する後方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルとが異なり、
   送受信されるデータは、情報種別を示す識別子が格納される第１の領域と、前記データの時間順序を示す番号が格納される第２の領域とを含み、
   前記無線通信機の各々は、
   前記車両間の無線通信を確立する際に、先頭又は末尾の第１の車両と、隣接する第２の車両との間で第１の周波数チャネルを用いて第１の通信を確立し、前記第１の通信の確立後に、前記第２の車両と、隣接する第３の車両との間で第２の周波数チャネルを用いて通信を確立することによって、前記第１の車両から順に通信を確立し、
   複製された受信データを他車両に送信するための送信待ち領域に複数回追加する際、前記第１の領域の識別子が同じデータが既に送信待ち領域に格納されている場合は、前記第２の領域を比較した結果に基づいて、一方のデータの追加を抑制し、
   前記送信待ち領域内の全ての受信データと現在処理中の受信データとを比較し、第１の領域が一致し、かつ第２の領域が一致しない受信データが存在する場合、受信データの追いつきが発生したと判定し、前記送信待ち領域内に存在する受信データは新しい受信データに追いつかれたと判定して、前記送信待ち領域から削除し、新しい受信データを前記送信待ち領域に追加することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記無線通信機は、データ送受信で用いる複数の周波数チャネル候補の情報と、選択済みの周波数チャネルの情報とを含むリストを保持し、前記リストを参照して周波数チャネルを選択することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   自車両に隣接する前方車両との間でデータを送受信するタイミングと、自車両に隣接する後方車両との間でデータを送受信するタイミングとが重複しないようにデータ送受信タイミングを制御することを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項３に記載の無線通信システムであって、
   前記無線通信機は、データ送受信タイミングの情報を他の前記無線通信機に通知することを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項３に記載の無線通信システムであって、
   前記周波数チャネルは、無線信号の電力の一部が隣接する周波数チャネルに漏れて、データ送受信に干渉する程度に近接して配置されることを特徴とする無線通信システム。
6. 隊列走行を行う車両に搭載された無線通信機であって、
   自車両に隣接する前方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルと、自車両に隣接する後方車両とのデータ送受信で用いる周波数チャネルとが異なり、
   送受信されるデータは、情報種別を示す識別子が格納される第１の領域と、前記データの時間順序を示す番号が格納される第２の領域とを含み、
   前記無線通信機の各々は、
   前記車両間の無線通信を確立する際に、先頭又は末尾の第１の車両と、隣接する第２の車両との間で第１の周波数チャネルを用いて第１の通信を確立し、前記第１の通信の確立後に、前記第２の車両と、隣接する第３の車両との間で第２の周波数チャネルを用いて通信を確立することによって、前記第１の車両から順に通信を確立し、
   複製された受信データを他車両に送信するための送信待ち領域に複数回追加する際、前記第１の領域の識別子が同じデータが既に送信待ち領域に格納されている場合は、前記第２の領域を比較した結果に基づいて、一方のデータの追加を抑制し、
   前記送信待ち領域内の全ての受信データと現在処理中の受信データとを比較し、第１の領域が一致し、かつ第２の領域が一致しない受信データが存在する場合、受信データの追いつきが発生したと判定し、前記送信待ち領域内に存在する受信データは新しい受信データに追いつかれたと判定して、前記送信待ち領域から削除し、新しい受信データを前記送信待ち領域に追加することを特徴とする無線通信機。
7. 請求項６に記載の無線通信機であって、
   データ送受信で用いる複数の周波数チャネル候補の情報と、選択済みの周波数チャネルの情報とを含むリストを保持し、前記リストを参照して周波数チャネルを選択することを特徴とする無線通信機。
8. 請求項６に記載の無線通信機であって、
   自車両に隣接する前方車両との間でデータを送受信するタイミングと、自車両に隣接する後方車両との間でデータを送受信するタイミングとが重複しないようにデータ送受信タイミングを制御することを特徴とする無線通信機。
9. 請求項８に記載の無線通信機であって、
   前記周波数チャネルは、無線信号の電力の一部が隣接する周波数チャネルに漏れて、データ送受信に干渉する程度に近接して配置されることを特徴とする無線通信機。

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