(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルを周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更し、列車制御の一制御周期に、２回以上の所定回数無線通信を行う無線制御処理部を備えた、無線列車制御システムであって、
前記無線制御処理部は、
チャネル毎の通信結果が正常か否かを判定する通信結果判定手段と、
前記通信結果判定手段が列車制御データの通信結果を正常と判断した場合に、一制御周期内の次の無線通信で列車制御データとは異なるデータを送信する送信データ選択手段と、を備えることを特徴とする無線列車制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線列車制御システムにおいて、
前記無線制御処理部を基地局に備え、
前記送信データ選択手段は、前記列車制御データとは異なるデータとして、車両内に記録された制御履歴情報の要求指令または車両内の表示装置に表示するための表示データを移動局へ送信することを特徴とする無線列車制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線列車制御システムにおいて、
前記無線制御処理部を移動局に備え、
前記送信データ選択手段は、前記列車制御データとは異なるデータとして、車両内の表示装置に表示するための表示データの要求指令、または車両内に記録された制御履歴情報を基地局へ送信することを特徴とする無線列車制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局と移動局との間で周波数ホッピング型の通信を行う無線通信システム及び無線通信方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、無線による列車制御方法及び列車制御システム及び無線通信方法において、長期間に渡って高品質な通信回線を維持あるいは更新して高品質な通信回線を提供する技術に関する。数十年の長期間に渡っての高品質な通信回線の維持も期待できる。
【背景技術】
【０００３】
列車制御方法及び列車制御システムにおいては、鉄道通信システムのコスト低減を図ろうという動きがあり、世界的に免許が不要な２.４Ｇ帯の無線周波数を利用した列車制御システムの導入が検討されている。
【０００４】
しかしながら、２.４Ｇ帯の無線周波数を利用したＩＥＥＥ８０２.１１ｂ／ｇやBluetooth（登録商標）、などといった規格が多数存在する。これらの規格は、無線ＬＡＮやモバイル機器などさまざまな機器が使用しており、干渉問題が避けて通れない周波数帯域である。
【０００５】
特許文献１（特開平２００９−１７１０７８号公報）には、周波数ホッピング方式を用いた無線通信システムにおいて、基地局が下り電文を送信し、移動局からの上り電文を受信するまでの無線通信に、異なるチャネルで２回のデータ通信を行い、周波数および時間のダイバーシティによるデータ送信の成功確立を向上し、システム信頼性を向上している。
【０００６】
列車制御方法及び列車制御システムにおいては、地上装置（基地局）で、車上装置（移動局）から受信した位置情報を基に、停止点までの距離を示す走行許可範囲を計算し、車上装置へ通知する。車上装置では、地上装置から受信する走行許可範囲を基にブレーキ制御を行う。これらの処理は、列車が走行中に行うためリアルタイム性が必要となる。
【０００７】
そのため、地上装置では、予め決められた制御周期内で走行許可範囲の論理計算および車上装置との無線通信を行うことでリアルタイム性を確保している。
【０００８】
高品質な通信回線を提供する方法には、例えば特許文献１の方法がある。この方法では、予め決められた周波数ホッピングパターンテーブルに従い、制御周期内に２回の無線通信を行いデータ送信の成功確立を向上する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２００９−１７１０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
無線通信におけるチャネルを変えて２回のデータ通信を行う周波数ダイバーシティ、時間ダイバーシティは、通信品質の向上に有効な方法である。特許文献１においても、周波数ホッピングパターン方式で特定周波数の干渉を回避し、通信データの成功確立を上げることで通信品質を向上させている。
【００１１】
しかしながら、列車制御システムのように予め決められた制御周期内に論理処理と無線通信を行うシステムでは、制御データの無線通信に時間が長く費やされ、論理処理を行う時間が圧迫されてしまう。
【００１２】
また、制御データの無線通信時間と論理処理を制御周期内に収まるようにスケジュールできたとしても、列車制御システムの制御データと直接関係しない情報、例えば、通信品質情報、制御履歴情報などのオフライン情報は、制御データと別に通信時間を設ける必要があり、制御周期内のスケジュールに組込むことが難しい。
【００１３】
また、高い通信成功率を求めて基地局と移動局間の通信再送を行うことは、周波数を占有する時間も長くなり、周辺装置へ与える干渉の影響が考えられる。
【００１４】
特に地下鉄などの駅構内では、汎用の無線ＬＡＮを使用したサービスがあり、無線ＬＡＮ装置に与える干渉の影響は無視できない。
【００１５】
このような問題に対して、本発明の目的は、列車制御システムの制御データの通信品質確保と、列車制御システムの制御データとは異なる情報、例えば制御履歴情報などのオフライン情報の送受信を実現することである。
【００１６】
また、必要以上の無線通信を中止することで、周辺装置への周波数干渉の影響を少なくすることも可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信方法において、周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われた場合に、次に通信する情報を列車制御データからオフライン情報に切換えて、情報通知または情報収集を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、列車制御システムの通信の信頼性確保と、列車制御データ以外の情報を収集または送信することができる。
【００２０】
また、必要以上の無線通信を中止することで、周辺装置への影響を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】無線列車制御システムの構成図。
【図２】無線列車制御システムの基本シーケンス図。
【図３】ＡＰの機能ブロック図。
【図４】実施例１の列車制御情報テーブル構成。
【図５】実施例１の無線制御情報テーブル構成。
【図６】実施例１の無線列車制御システムの保守情報収集シーケンス図。
【図７】実施例１の無線制御処理フローチャート。
【図８】実施例１のＡＰ内ＲＦ受信処理フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した無線通信システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例である無線通信システムの一構成を示した図である。
【００２４】
図示の無線通信システムは、所定の経路１１上に、基地局１３ａ〜１３ｃが複数設置される。移動局１２は、所定の経路１１上を移動しながら通信する基地局１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・を変えていく。
【００２５】
図２は、図１で説明した基地局１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・と移動局１２の間で行う無線通信システムの基本シーケンスを示した図である。
【００２６】
図示の基本シーケンスを順番に説明すると、複数の基地局１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・のアクセスポイント（Access Point 以下、単にＡＰと記載）２２を統括するアクセスポイントマスタ（Access Point Master 以下、単にＡＰＭと記載）２１が、一定周期にＡＰ２２へ通信データを送信する。
【００２７】
図２に示すように、ＡＰ２２は、内部に記憶する周波数ホッピングパターンテーブル２４から送信チャネル（０から１５チャネルの１６チャネルの内の一つのチャネル）を取得し、通信データを移動局ステーション（Station 以下、単にＳＴＡと記載）２３へ送信する。また、一定時間後、周波数ホッピングパターンテーブル２４から次のチャネルを取出し、チャネルを変えて再度通信データを移動局２３へ送信する。２回の送信完了後、移動局２３からの応答データをＡＰＭ２１へ送信する。本実施例のＡＰ２２では、１回の周期に２回の周波数ホッピングおよび、時間ダイバーシティを行い移動局２３との通信データの成功確立を向上している。図２では、１回目の送信周波数にチャネル０を取出し、２回目ではチャネル８、周期が変わって３回目ではチャネル４、４回目ではチャネル１２を取出している状態を示している。図２においては、全てのチャネルでの通信が正常であった場合を示している。
【００２８】
図３は、ＡＰ２２の機能ブロックを示した図である。イーサネット（登録商標）部３１は、ＡＰＭ２１と通信データを送受信する機能を司る。無線部３２は、ＳＴＡ２３と通信データを無線で送受信する機能を司る。ＥＴＨ送受信処理３３では、ＡＰＭ２１から受信する通信データを無線制御処理３４へ受け渡し、また、ＲＦ受信処理３５から受信する通信データをイーサネット部３１へ受け渡す処理を行う。
【００２９】
無線制御処理３４では、ＥＴＨ送受信処理３３から起動されると通信データに含まれる通番を基に、周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを決定し、ＲＦ送信処理３６へ送信要求を行う。また、一定時間後、周波数ホッピングパターンを基にチャネルを変えて、２回目の送信要求を行う。
【００３０】
２回目の送信要求では、ＳＴＡ２３からの受信結果、及びオフラインデータ通信許可フラグ５１や再送中止フラグ５２を記憶する無線制御テーブル３８に記録された、１回目受信結果、オフラインデータ通信許可フラグ５１の許可／禁止、再送中止フラグ５２による再送許可／再送禁止を参照して、次に送信する通信データを制御データにするか、オフラインデータにするか、あるいは、データ再送を中止するかの決定を行う。
【００３１】
ＲＦ受信処理３５では、無線部３２から受信した通信データの合理性チェックを行い、その結果を無線制御テーブル３８、オンライン制御データを列車制御情報テーブル３７へ格納後、ＥＴＨ送受信処理３３へ受け渡す。ＲＦ送信処理３６では、無線制御処理３４から起動され、無線制御処理３４で決定したチャネルでＲＦ部へ送信を依頼する。
【００３２】
図４は、列車制御情報テーブルの構造を示した図である。  
オンライン制御データ（１面）（２面）４１、４２は、移動局１２から受信した制御データを格納するエリアである。通常の列車制御シーケンスでは、この２面のエリアを使用して移動局からの受信を行う。リードポインタ４３は、ＥＴＨ送受信処理３３がオフラインデータ４５を読み出す位置を示す。ライトポインタ４４は、ＲＦ受信処理３５がオフラインデータ４５に書き込む位置を示す。
【００３３】
これは、オフラインデータ４５が１面に収まりきれない場合に複数面に記憶できるようにリードポインタ、ライトポインタを使ったキュー構造としている。
【００３４】
図５は、無線制御テーブルの構造を示した図である。  
オフラインデータ通信許可フラグ５１は、「許可」の場合、列車制御シーケンスにおける１回目の制御データが正常に行われた場合に、２回目に送信するデータにオフライン情報を送信することを許可することを意味する。「禁止」の場合、常にオンライン制御データを送信する。このオフラインデータ通信許可フラグ５１を「許可」とすることにより、列車制御システムの制御データの通信品質に影響を与えずに、列車制御システムの制御データとは異なる情報、例えば制御履歴情報などのオフライン情報をリアルタイムに送受信を実現することが可能となる。
【００３５】
次に、再送中止フラグ５２は、列車制御シーケンスにおける１回目の制御データが正常に行われた場合に、２回目の送信を許可するか、禁止するかを指定する。つまり、この再送中止フラグ５２を「再送禁止」とすることにより、制御周期内の１回目の制御データ通信が正常である場合は、２回目の通信を禁止することができる。このような制御により、列車制御に必要最小限の情報の無線通信を実施し、必要以上の無線通信を中止することができ、周辺装置への周波数干渉の影響を少なくすることも可能となる。
【００３６】
通信サイクル状態５３は、現在送信サイクル１回目、２回目を記憶する。１回目受信結果５４、２回目受信結果５５は、一制御周期における列車制御シーケンスにおける送信サイクル結果を成功、失敗で記憶する。
【００３７】
図６は、列車制御シーケンスにおけるオフラインデータを収集するシーケンスである。ＡＰ６２は、ＡＰＭ６１から通信データを受信すると、周波数ホッピングパターンテーブル２４から送信チャネル０を取得し、ＳＴＡ２３へ送信する。ＳＴＡ２３から応答の通信データ受信後、送信チャネルを変えて２回目の送信を行う。
【００３８】
２回目では、無線制御テーブルの１回目受信結果をチェックし、失敗の場合、そのまま周波数ホッピングパターンテーブル２４に従ったチャネル８で制御データを送信する。チャネル８で送信した制御データに対するＳＴＡ２３からの応答を正常に受信すると、受信結果を無線制御テーブルの２回目受信結果格を成功にし、受信データを列車制御テーブルのオンライン制御データエリアに記録する。
【００３９】
その後、正常に受信した制御データをＡＰＭ６１へ送信する。  
次の周期では、周波数ホッピングパターンテーブル２４から送信チャネル４を取得し、ＳＴＡ２３へ制御データの送信を行う。チャネル４での制御データ送受信が成功すると、オフラインデータを収集する処理として、無線制御テーブルの１回目受信結果をチェックし、成功の場合、オフラインデータ通信許可が許可であることをチェックし、オフライン要求データをＳＴＡ２３へ送信する。
【００４０】
オフライン要求データに対するＳＴＡ２３からの応答を正常に受信すると、受信結果を無線制御テーブルの２回目受信結果格を成功にし、受信データを列車制御テーブルのオフラインデータエリアに記録する。
【００４１】
その後、１回目で成功した制御データ応答と、オフラインデータをＡＰＭ６１へ送信する。ここで、オフラインデータの具体例としては、制御履歴情報などが考えられる。また、オフライン要求データの代わりに車両内の表示装置に表示するための表示データを送信することも可能である。
【００４２】
このように、ＡＰ２２からＳＴＡ２３に２回送信する中で、１回目の制御データ正常後に、オフライン要求データを２回目の送信で行うことで、通信の信頼性を低下させることなく、移動局からオフラインデータ収集することができる。
【００４３】
図７は、実施例１における無線制御処理のフローチャートを示す。電源投入後（ステップ７０）、ＥＴＨ送受信処理からの起動待ち（ステップ７１）となり、起動要求後、通信データ内に含まれる通番を基に周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを選択する（ステップ７２）。チャネル選択後、ＲＦ送信処理へ１回目の送信を依頼する（ステップ７３）。その後、制御データ送信に対するＳＴＡ２３の応答結果を判定し（ステップ７４）、１回目受信結果が成功ならば、再送中止フラグ（ステップ７５）、オフライン通信許可フラグ（ステップ７６）が共に許可ならば、２回目の送信にオフライン要求データを送信データとする（ステップ７７）。その後、周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを選択する（ステップ７８）。チャネル選択後、ＲＦ送信処理へ２回目の送信を依頼する。送信要求後、ＥＴＨ送受信処理からの起動待ちへ戻る。
【００４４】
なお、１回目の応答結果が失敗ならば、２回目の送信も制御データを送信データとする（ステップ７ａ）。その後、周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを選択する（ステップ７８）。チャネル選択後、ＲＦ送信処理へ２回目の送信を依頼する（ステップ７９）。送信要求後、ＥＴＨ送受信処理からの起動待ちへ戻る。
【００４５】
図８は、実施例１におけるＲＦ受信処理のフローチャートを示す。  電源投入後（ステップ８０）、ＲＦからの受信データ待ち（ステップ８１）となり、ＲＦからの受信時、受信データに通番エラー、ＣＲＣエラー等を判定し（ステップ８２）、判定ＯＫならば、受信データがオンラインデータかオフラインデータか判定し（ステップ８３）、オフラインデータの場合、列車制御テーブルのライトポインタが示す番号のオフラインデータエリアにオフラインデータを記録し、ライトポインタを一つ更新する（ステップ８４）。その後、ＥＴＨ送受信処理を起動する。
【００４６】
また、受信データがオンラインの場合（ステップ８３）、列車制御情報テーブルの該当面に制御データを記録する（ステップ８６）。その後、通信サイクル状態が１回目か２回目か判定し（ステップ８７）、１回目の場合、ＲＦからの受信データ待ちへ戻る。２回目の場合は、ＴＨ送受信処理を起動する。
【００４７】
なお、受信データが正常ではない場合（ステップ８２）、通信サイクル状態を判定し（ステップ８７）、それぞれＲＦからの受信データ待ち（ステップ８１）あるいはＥＴＨ送受信処理を起動する（ステップ８５）。
【実施例２】
【００４８】
実施例１では、基地局に通信結果の正常／異常を判断する機能や、送信するデータとしてオンラインの制御データとオフライン要求データのいずれかを選択する機能、または２回目以降の通信を禁止するかどうかを判断する機能を有している例を説明したが、本発明はこの実施形態に限られない。
【００４９】
例えば、移動局から制御データを送信し、基地局がこの制御データに応答する通信方法を前提とした場合においては、移動局に通信結果の正常／異常を判断する機能と、送信するデータとしてオンラインの制御データとオフライン要求データのいずれかを選択する機能、２回目以降の通信を禁止するかどうかを判断する機能を持たせることが可能となる。
【００５０】
この構成においては、まず、移動局が基地局に制御周期内における１回目の制御データ送信を行い、基地局がこの制御データの応答として制御データを返送する。ここで、移動局は、基地局からの返送データの通信結果の正常／異常を判断する。通信結果が異常である場合は再度制御データを基地局へ送信し、通信結果が正常である場合はオフライン要求データを基地局へ送信する、または２回目の通信を禁止する。ここで、オフライン要求データとしては、車両内の表示装置に表示するための表示データの要求指令が考えられる。または、オフライン要求データの代わりに、車両内に記録された制御履歴情報を基地局へ送信することも可能である。
【００５１】
なお、本実施例においては、言及しない部分の構成は実施例１と同様とする。
【符号の説明】
【００５２】
１１  所定の経路
１２  移動局
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  基地局
２１、６１  ＡＰＭ
２２  ＡＰ（基地局）
２３  ＳＴＡ（移動局）
２４  周波数ホッピングパターンテーブル
３１  イーサネット部（ＥＴＨ）
３２  無線部（ＲＦ）
３３  ＥＴＨ送受信処理
３４  無線制御処理
３５  ＲＦ受信処理
３６  ＲＦ送信処理
３７  列車制御情報テーブル
３８  無線制御テーブル
４１  オンライン制御データ（１面）
４２  オンライン制御データ（２面）
４３  リードポインタ
４４  ライトポインタ
４５  オフラインデータ（１面）〜（２５６面）
５１  オフラインデータ通信許可フラグ
５２  再送中止フラグ
５３  通信サイクル状態
５４  １回目受信結果
５５  ２回目受信結果
６２  ＡＰ
６３  ＳＴＡ
【図１】
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【図２】
0005875461.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005875461.tif 000005
【図５】
0005875461.tif 000006
【図６】
0005875461.tif 000007
【図７】
0005875461.tif 000008
【図８】
0005875461.tif 000009