JP6470221B2 - 通信装置、通信方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、通信方法、及びプログラムに関する。

ＩＴＳ（高度情報通信システム）では、車両、道路、人の間で情報を送受することで、交通事故の減少や、渋滞の緩和、環境負荷の低減などが可能になると考えられている。例えば、車車間通信では、周辺車両の状態や周辺車両が検出した周囲状況の状態を無線通信により、当該車両が得ることで、安全運転支援が可能となる。路車間通信では、道路上のセンサによるセンシング結果や交通信号情報が車両にもたらされることで、安全運転支援やスムーズな運転が可能となる（例えば、非特許文献１、２参照）。

総務省,ITS 無線システムの高度化に関する研究会報告書,［online］,平成21年6月,インターネット＜http://www.soumu.go.jp/main_content/000025421.pdf＞,pp.16-26 Kan Zheng, Qiang Zheng, Periklis Chatzimisios, Wei Xiang, Yiqing Zhou, Heterogeneous Vehicular Networking: A Survey on Architecture, Challenges, and Solutions, IEEE communication surveys & tutorials, 17, 4, pp. 2377-2396, 2015.

車両が混雑した場所でのＩＴＳ通信は、車両が送受する信号の相互の干渉やマルチアクセス方式による信号の衝突で、通信能力が低下することが知られており、これを解決する必要がある。特に、本発明では、前者、すなわち、干渉の問題を解決する。

送信電力が大きいと干渉を与える範囲が大きくなるが、車両が混雑した場所では、干渉する範囲内に通信中の車両が多数存在することから、干渉と干渉による影響対象が増加する。

従来の車載システムは、道路状況に関係なく、一定の送信電力で通信を行う。しかし、道路混雑度が大きい状況では、干渉により周辺での通信能力が低下する課題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、車両による通信に関して道路混雑時でも干渉の抑制を可能とすることを目的とする。

そこで上記課題を解決するため、車両に搭載される通信装置は、当該車両に関する物理量を測定する第１の測定部と、当該車両と後続車両との距離を測定する第２の測定部と、前記距離に基づいて前記後続車両の速度を算出し、当該車両の速度が第１の閾値以下であり、かつ、前記後続車両の速度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であれば、当該車両が最後尾であると判定し、そうでなければ当該車両が最後尾でないと判定する判定部と、前記物理量と当該車両が最後尾であるか否かとに応じて送信電力値を決定するための論理を記憶する記憶部と、前記第１の測定部により測定された物理量と、前記判定部による判定結果と、前記論理とに基づいて送信電力値を決定する決定部と、決定部により決定された送信電力値に基づいて無線通信を行う通信制御部と、を有し、前記決定部は、当該車両が最後尾である場合の方が当該車両が最後尾でない場合よりも大きな送信電力値を決定する。

車両による通信に関して道路混雑時でも干渉の抑制を可能とすることができる。

第１の実施の形態における車載システムのハードウェア構成例を示す図である。 第１の実施の形態における車載システムの機能構成例を示す図である。 第１の実施の形態における車載システムが実行する第１の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 論理記憶部の構成例を示す図である。 第１の実施の形態における車載システムが実行する第２の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 第２の実施の形態における車載システムの機能構成例を示す図である。 第２の実施の形態における車載システムが実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 第１の実施の形態のシミュレーションモデルを示す図である。 第２の実施の形態のシミュレーションモデルを示す図である。 第１の実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。 第２の実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態における車載システムのハードウェア構成例を示す図である。車載システム１０は、車両に搭載されるハードウェア群である。例えば、車載システム１０は、車載器と各種の計器及びセンサ等を含む。

図１の車載システム１０は、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１００、補助記憶装置１０２、メモリ装置１０３、ＣＰＵ１０４、無線通信装置１０５、出力装置１０６、入力装置１０７、速度計１０８、及びセンサ群１０９等を有する。

車載システム１０での処理を実現するプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ又はＳＤメモリカード等の記録媒体１０１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１０１がドライブ装置１００にセットされると、プログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１０１より行う必要はなく、ネットワークを介してダウンロードされてもよい。補助記憶装置１０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

メモリ装置１０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１０４は、メモリ装置１０３に格納されたプログラムに従って車載システム１０に係る機能を実現する。無線通信装置１０５は、無線通信を行うための装置である。出力装置１０６はプログラムによるＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示したり、音声を出力したりする。入力装置１０７は、ボタン又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。

速度計１０８は、車両の速度を測定するセンサである。センサ群１０９は、車両に関する物理量（車両の状況（走行状況）に応じて変化する物理量）であって、速度以外の物理量を測定するセンサの集合である。例えば、加速度計やエンジンの回転、ブレーキングに関わる測定装置等がセンサ群１０９に含まれる。

ＣＰＵ１０４は、速度計１０８やセンサ群１０９による測定結果を監視し、当該測定結果が補助記憶装置１０２に記憶されている所定の条件に合致した場合、又は定期的に、以下の（１）、（２）のいずれか一方、又は双方を行う。
（１）無線通信装置１０５を起動し、通信を行う。
（２）出力装置１０６を通じて、測定結果の表示や注意喚起のための出力を行う。

図２は、第１の実施の形態における車載システムの機能構成例を示す図である。図２において、車載システム１０は、監視部１１、混雑情報取得部１２、送信電力決定部１３、通信制御部１４、及び入出力制御部１５等を有する。これら各部は、車載システム１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。車載システム１０は、また、論理記憶部１２１を利用する。論理記憶部１２１は、例えば、補助記憶装置１０２等を用いて実現可能である。

監視部１１は、速度計１０８やセンサ群１０９による測定結果を監視し、通信を行うための条件が満たされるか否かを判定する。

混雑情報取得部１２は、車両の周囲における車両の混雑の程度を推定可能な情報を取得する。第１の実施の形態では、斯かる情報として速度計１０８による測定値（すなわち、速度）が取得される。送信電力決定部１３は、混雑情報取得部１２によって取得された速度を、論理記憶部１２１に記憶された論理に当てはめて、送信電力値を決定する。すなわち、論理記憶部１２１には、速度に対応した送信電力値を決定するための論理を示す情報が予め記憶されている。通信制御部１４は、送信電力決定部１３により決定された送信電力値で無線通信を行う。

以下、車載システム１０が実行する処理手順について説明する。図３は、第１の実施の形態における車載システムが実行する第１の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。

監視部１１は、センサ群１０９の測定結果（物理量群）を取得し（Ｓ１１０）、取得された測定結果が通信条件に合致するか否かを繰り返し判定している（Ｓ１２０）。その過程において、測定結果が通信条件に合致すると（Ｓ１２０でＹｅｓ）、混雑情報取得部１２は、その時点の速度ｖを速度計１０８から取得する（Ｓ１３０）。続いて、送信電力決定部１３は、論理記憶部１２１を参照して、速度ｖに応じた送信電力値ｐを決定する（Ｓ１４０）。

図４は、論理記憶部の構成例を示す図である。図４に示されるように、論理記憶部１２１には、速度の範囲に対応付けて、送信電力値が記憶されている。図４において、ｖ１、ｖ２、及びｖ３は、速度を示す数値であり、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３の関係を有する。ｐ１、ｐ２、ｐ３は、送信電力値を示す数値であり、ｐ１＜ｐ２＜ｐ３の関係を有する。すなわち、図４の論理記憶部１２１に記憶されている論理は、速度に対する非減少関数であり、速度が低下した場合、送信電力値が減少するように設定されている。

続いて、通信制御部１４は、無線通信装置１０５を起動して、通信を行う（Ｓ１５０）。この際、無線通信装置１０５の送信電力値としてｐが設定される。当該通信は、電波の届く範囲内への放送型通信、最も近接した車両などへのユニキャスト通信等、いずれの形態でもよい。

同通信を受信した車両にも同様の車載システム１０が搭載されている。続いて、他の車載システム１０からの通信を受信した車載システム１０が実行する処理について説明する。図５は、第１の実施の形態における車載システムが実行する第２の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。

通信制御部１４が、無線通信装置１０５を利用して、他の車載システム１０からの通信を受信すると（Ｓ２０１でＹｅｓ）、入出力制御部１５は、その通信内容を把握して、出力装置１０６を通じて、運転者に対して測定結果を表示したり注意喚起を行ったりする（Ｓ２０２）。

当該通信が返信を要求したり、周辺車両へのフォワーディングを要求したりするものである場合（Ｓ２０３）、通信制御部１４は、当該返信又はフォワーディング等を既に送信済みであるか否かのチェック等を行う（Ｓ２０４）。

当該返信又はフォワーディング等が未送信である場合（Ｓ２０４でＹｅｓ）、当該返信又はフォワーディング等が行われる。この場合も、図３と同様の処理手順で通信が行われる。

具体的には、混雑情報取得部１２は、その時点の速度ｗを速度計１０８から取得する（Ｓ２０５）。続いて、送信電力決定部１３は、論理記憶部１２１（図４）を参照して、速度ｗに応じた送信電力値ｑを決定する（Ｓ１４０）。続いて、通信制御部１４は、無線通信装置１０５に送信電力値としてｑを設定して、通信を行う（Ｓ１５０）。

第１の実施の形態において、速度と送信電力値が連携すること、及び速度が低下した場合、速度に対する送信電力値が減少するよう設定されていることが重要である。通常、交差点等、道路混雑の地点では、車両の速度は低下し、車間距離は短くなる。よって、速度低下は、道路混雑の現れだと考えることができる。混雑し、車間距離が短くなった状況では、少ない送信電力でも、多くの車両と通信が可能である。同時に、多くの車両が存在するため通信需要が増大しても、送信電力値を下げることで干渉範囲が小さくなるため、干渉の増大が抑制される。従って、混雑情報取得部１２は、速度の代わりに、前後の車間距離を用いてもよい。車間距離は、センサ群１０９の一つのセンサによって測定可能である。

なお、混雑情報取得部１２は、速度の代わりに、周辺車両数測定装置から周辺車両数を取得してもよい。周辺車両数測定装置は、例えば、センサ群１０９の一つであり、カメラによって撮影した周辺の画像を解析することで周辺の車両数を測定する。この場合、論理記憶部１２１には、周辺車両数の範囲に対応付けて送信電力値が記憶されていればよい。当該送信電力値は、周辺車両数が多い程、小さくなるように設定されればよい。送信電力決定部１３は、混雑情報取得部１２によって取得された周辺車両数を、論理記憶部１２１に記憶された情報に当てはめて、送信電力値を決定する。通信制御部１４は、当該送信電力値を起動した無線通信装置１０５に設定し、通信を行う。

上述したように、第１の実施の形態によれば、速度計１０８の測定値（速度）や、車間距離、周辺車両数の情報等に基づき道路混雑度を判断し、通信の送信電力値を動的に変更することで、車両による通信に関して通常時に加えて、道路混雑時でも干渉を抑制することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では第１の実施の形態と異なる点について説明する。第２の実施の形態において特に言及されない点については、第１の実施の形態と同様でもよい。

速度と送信電力値との連携に加えて、他車環境もセンサ群１０９によりモニターすることで、より高性能に通信を行える可能性がある。仮に、停止している場合は低電力送信、移動している場合は高電力送信とする場合、停車車両が並んでいる列の最後尾の車両の通信性能が劣化する。これは、最後尾の車両については、周辺車両のうちの停車車両の割合が、交差点中心付近の車両ほど高くないにも拘わらず、自送信電力が低いために生ずる。このため、停車車両の並んでいる最後尾の車両は、中間的な送信電力で送信することが考えられる。

図６は、第２の実施の形態における車載システムの機能構成例を示す図である。図６中、図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図６において、車載システム１０は、更に、最後尾判定部１６を有する。最後尾判定部１６は、車載システム１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。車載システム１０は、また、論理記憶部１２１の代わりに、非最後尾論理記憶部１２１ａ及び最後尾論理記憶部１２１ｂを有する。これら各記憶部は、例えば、補助記憶装置１０２等を用いて実現可能である。

最後尾判定部１６は、自車両が車両の列の最後尾であるか否かを判定する。当該列は、必ずしも停止車両の列でなくてもよい。ゆっくり移動する車両の列であってもよい。最後尾判定部１６は、後続車両の速度が閾値α以上であり、かつ、自車両の速度が閾値β速度以下であれば、自車両が最後尾の車両であると判定する。ここで、α＞βの関係に有る。すなわち、後続車両については自由走行の状態が想定されており、自車両については低速度で走行している状態又は停止している状態が想定されている。

後続車両の速度は、例えば、センサ群１０９の一つである、後続車両との距離を測定するセンサを用いて取得される。当該センサにより、ごく短時間の間（測定時間間隔）に２回、後続車両との距離が測定され、当該センサ内部で、又は最後尾判定部１６で、２回の測定結果の差を測定時間間隔で割ることで後続車両速度を得ることができる。

なお、他のセンサにて後続車両との距離と前方車両との距離とを測定することで、自車両が最後尾の車両であるか否かが判定されてもよい。

非最後尾論理記憶部１２１ａ及び最後尾論理記憶部１２１ｂは、第１の実施の形態における論理記憶部１２１と同様の情報を記憶する。但し、非最後尾論理記憶部１２１ａは、自車両が最後尾でない場合に参照され、最後尾論理記憶部１２１ｂは、自車両が最後尾である場合に参照される。

図７は、第２の実施の形態における車載システムが実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。図７中、図３と同一ステップには同一ステップ番号を付し、その説明は適宜省略する。

センサ群１０９の測定結果が通信条件に合致すると（Ｓ１２０でＹｅｓ）、最後尾判定部１６は、自車両が最後尾であるか否かを判定する（Ｓ１２５）。

続いて、混雑情報取得部１２は、その時点の速度ｖを速度計１０８から取得する（Ｓ１３０）。続いて、送信電力決定部１３は、非最後尾論理記憶部１２１ａ又は最後尾論理記憶部１２１ｂを参照して、速度ｖに応じた送信電力値ｐを決定する（Ｓ１４０ａ）。すなわち、ステップＳ１２５において自車両が最後尾でないと判定された場合、非最後尾論理記憶部１２１ａが参照される。一方、ステップＳ１２５において自車両が最後尾であると判定された場合、最後尾論理記憶部１２１ｂが参照される。なお、同じ速度範囲に対して、最後尾論理記憶部１２１ｂに記憶されている送信電力値の方が、非最後尾論理記憶部１２１ａに記憶されている送信電力値よりも大きい。

なお、速度の代わりに周辺車両数が利用されてもよいのは、第１の実施の形態と同様である。

また、上記各実施の形態では、車車間通信について説明したが、路車間についても上記各実施の形態を適用することが可能である。

次に、シミュレーションにより上記各実施の形態の効果を示す。図８は、第１の実施の形態のシミュレーションモデルを示す図である。また、図９は、第２の実施の形態のシミュレーションモデルを示す図である。また、図１０は、第１の実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。更に、図１１は、第２の実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。

当該シミュレーションでは、交差点中心を原点とした（ｘ，０）又は（０，ｙ）において、仮に最近傍にいる車両と通信した場合のＳＩＮＲ（Signal−to−Interference plus Noise power Ratio）［ｄＢ］を得る。

図１０、図１１は、当該シミュレーションを１００００回実施した際の制御有りの場合のＳＩＮＲ（中央値と下側２５％）から制御無しの場合のＳＩＮＲ（中央値と下側２５％）を引いたもの、すなわち、制御することによる利得分を示している。図１０は、制御無しに対する第１の実施の形態の制御の利得、図１１は、制御無しに対する第２の実施の形態の制御の利得をそれぞれ示す。

当該シミュレーションは、東西南北の各方向に交差点中心から３００ｍの範囲を模擬する。各方向片側１車線、車線幅４ｍ、東西方向（ｘ軸方向）には１０台ずつの停止車両が有る。停止車両の車両間隔６ｍ、停止車両のいない路上には指数分布間隔（平均１００ｍ）で走行車両が有る。なお、車両間隔とは、前の車両の後端から後ろの車両の後端までの距離をいう（図８、図９参照）。

車両のうち、１０％が或る瞬間に通信中であり、干渉源となっている。アンテナゲインは１、送信電力の距離減衰指数は４、熱雑音電力は１０^−１０ｍＷ（一定値）、対数正規分布（平均０ｄＢ、標準偏差３．６５ｄＢ）のフェージングｆが生じる。距離ｄにある信号源からの受信電力値は、ｐ×ｆ／ｄ^４で与えられるとする。ここでｐは送信電力値である。

第１の実施の形態（図８）では、制御有りの場合、走行中車両の送信電力値は４０ｍＷ、停止車両の送信電力値は２０ｍＷである。第２の実施の形態（図９）では、制御有りの場合、走行中車両の送信電力値は第１の実施の形態と同一であるが、停止車両の送信電力値は、最後尾は３０ｍＷ、最後尾以外は２０ｍＷである。第１の実施の形態（図８）、第２の実施の形態（図９）の双方において、制御無しの場合、いずれの車両も、制御有りの場合の平均送信電力値を送信電力値として用いる。

当該シミュレーションでは、東西方向にのみ停止車両が存在するため、ｘ軸側のみ、原点から数十ｍ離れても、多くの干渉源が存在するようになっている。本発明は、各車両がそれぞれ送信電力を落とす交差点付近よりも、従来多くの干渉源からの影響を受ける渋滞の最後尾から少し離れた付近で大きな効果が有る。

図１０から、交差点のごく近傍及びｘが数十メートル、すなわち、停車車両からの通信である場合に若干の性能低下が生じるが、それ以外の場合は、制御により、２ｄＢ程度の性能向上があることが分かる。

図１１には、最後尾であるか否かを判定し、最後尾車両である場合は、送信電力値を３０ｍＷとする制御を行った場合の性能を示す。交差点からｘ軸方向で７０ｍ付近までの性能劣化が図１０と比較して減少していることが分かる。

なお、上記各実施の形態において、車載システム１０は、通信装置の一例である。速度計１０８及びセンサ群１０９は、測定部の一例である。論理記憶部１２１、非最後尾論理記憶部１２１ａ、又は最後尾論理記憶部１２１ｂは、記憶部の一例である。送信電力決定部１３は、決定部の一例である。最後尾判定部１６は、判定部の一例である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 車載システム
１１ 監視部
１２ 混雑情報取得部
１３ 送信電力決定部
１４ 通信制御部
１５ 入出力制御部
１６ 最後尾判定部
１００ ドライブ装置
１０１ 記録媒体
１０２ 補助記憶装置
１０３ メモリ装置
１０４ ＣＰＵ
１０５ 無線通信装置
１０６ 出力装置
１０７ 入力装置
１２１ 論理記憶部
１２１ａ 非最後尾論理記憶部
１２１ｂ 最後尾論理記憶部
Ｂ バス

Claims (6)

1. 車両に搭載される通信装置であって、
   当該車両に関する物理量を測定する第１の測定部と、
   当該車両と後続車両との距離を測定する第２の測定部と、
   前記距離に基づいて前記後続車両の速度を算出し、当該車両の速度が第１の閾値以下であり、かつ、前記後続車両の速度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であれば、当該車両が最後尾であると判定し、そうでなければ当該車両が最後尾でないと判定する判定部と、
   前記物理量と当該車両が最後尾であるか否かとに応じて送信電力値を決定するための論理を記憶する記憶部と、
   前記第１の測定部により測定された物理量と、前記判定部による判定結果と、前記論理とに基づいて送信電力値を決定する決定部と、
   決定部により決定された送信電力値に基づいて無線通信を行う通信制御部と、
   を有し、
   前記決定部は、当該車両が最後尾である場合の方が当該車両が最後尾でない場合よりも大きな送信電力値を決定する、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記第１の測定部は、当該車両の速度を前記物理量として測定し、
   前記記憶部は、前記速度に応じた送信電力値を決定するための論理を記憶する、
   ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記論理は、前記速度に対する非減少関数である、
   ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
4. 前記第１の測定部は、当該車両の周辺の車両数を測定し、
   前記記憶部は、前記車両数に応じた送信電力値を決定するための論理を記憶する、
   ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
5. 車両に搭載される通信装置が、
   当該車両に関する物理量を測定する第１の測定手順と、
   当該車両と後続車両との距離を測定する第２の測定手順と、
   前記距離に基づいて前記後続車両の速度を算出し、当該車両の速度が第１の閾値以下であり、かつ、前記後続車両の速度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上であれば、当該車両が最後尾であると判定し、そうでなければ当該車両が最後尾でないと判定する判定手順と、
   前記第１の測定手順により測定された物理量と、前記判定手順における判定結果と、記憶部に記憶された、前記物理量と当該車両が最後尾であるか否かとに応じて送信電力値を決定するための論理とに基づいて、送信電力値を決定する決定手順と、
   決定手順により決定された送信電力値に基づいて無線通信を行う通信制御手順と、
   を実行し、
   前記決定手順は、当該車両が最後尾である場合の方が当該車両が最後尾でない場合よりも大きな送信電力値を決定する、
   ことを特徴とする通信方法。
6. 請求項１乃至４いずれか一項記載の判定部、決定部及び通信制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。