(57)【要約】【課題】無線式列車制御システムの無線システムにおけるハンドオーバー処理において、通信資源の利用効率を向上する。【解決手段】無線システム６は、複数の無線基地局４（４ａ、４ｂ）と、車上無線局５とを備える。データは、分割されて複数のスロットに収容されて通信される。無線基地局４は、列車の位置情報を有する。無線基地局４ａは、予め設定された切替許可開始点Ｐに列車Ｔが到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂにスロットの予約を依頼する。そして、無線基地局４ａは、無線基地局４ｂのスロットの予約が完了した時、車上無線局５にスロットの予約完了を伝達する。車上無線局５は、スロットの予約完了の伝達を受けた時、自列車Ｔの位置を条件とせずに、通信中の無線基地局４ａとの間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂとの間の通信に切り替える。これにより、予約されたスロットが使われない時間が短縮される。【選択図】図１
2018056736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車を制御するための制御情報を無線で通信する無線式列車制御システムの無線システムであって、
複数の無線基地局と、
車上に設けられて前記無線基地局との間で前記制御情報を含むデータの通信を行う車上無線局とを備え、
前記データは、分割されて複数のスロットに収容されて通信され、
前記無線基地局は、列車の位置情報を有し、予め設定された切替許可開始点に列車が到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局にスロットの予約を依頼し、スロットの予約が完了した時、前記車上無線局にスロットの予約完了を伝達し、
前記車上無線局は、スロットの予約完了の前記伝達を受けた時、自列車の位置を条件とせずに、通信中の無線基地局との間の通信を、ハンドオーバー先の前記無線基地局との間の通信に切り替えることを特徴とする無線システム。
【請求項２】
前記車上無線局は、自列車が前記切替許可開始点に到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局の通信可能エリアを自列車が出ないように自列車を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線システム。
【請求項３】
前記切替許可開始点は、前記ハンドオーバー先の無線基地局の通信可能エリアの中で、列車が進入する側のエリア端に設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線システム。
【請求項４】
前記無線基地局は、ハンドオーバー先の前記無線基地局にスロットの予約を依頼する時、データの暗号化及び復号化に用いる鍵をハンドオーバー先のその無線基地局に伝送することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道における無線式列車制御システムの無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄道において無線を利用して地上と車上との間で安全にかかわる制御情報を交信する無線式列車制御システムが知られている（非特許文献１参照）。図１に示されるように、無線式列車制御システム１は、地上システム２と車上システム３とに大別される（非特許文献２参照）。地上システム２は、地上に設置され、指令所装置２１、地上装置２２及び無線基地局４等を有する。車上システム３は、車上に設置され、車上制御装置３１及び車上無線局５等を有する。指令所装置２１は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である（非特許文献２の附属書Ｂ参照）。地上装置２２は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。車上制御装置３１は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム６を介して地上装置２２と接続される。無線システム６は、列車無線システムとも呼ばれ、地上装置２２と車上制御装置３１との間で無線データ伝送を提供するシステムであり、無線基地局４及び車上無線局５を有する。無線基地局４は、地上伝送路を介して地上装置２２と接続され、無線によって車上無線局５とのデータ通信を行う。車上無線局５は、車上制御装置３１と接続され、無線によって無線基地局４とのデータ通信を行う。
【０００３】
無線システム６において、無線基地局４は、無線の到達距離に応じて沿線に１か所以上配置され、地上伝送路を介して地上装置とインタフェースする（非特許文献２の４．２参照）。複数の無線基地局４ａ、４ｂが沿線に配置されている場合、無線システム６は、列車が無線基地局４のエリア境界を通過する時、地上無線装置４１と車上無線装置５１との間の交信が継続的に行えるようハンドオーバを行う。
【０００４】
従来から、鉄道において、ハンドオーバーを行う無線システムが知られている。このような無線システムでは、例えば、車上無線局のアンテナの位置がハンドオーバー点を越えた時に無線基地局を切り替える（例えば、特許文献１参照）。また、車両内の無線通信部（車上無線局）がハンドオーバー点を越えると、超えた先の無線基地局経由で情報を通信する無線システムが知られている（特許文献２参照）。いずれの無線システムにおいても、ハンドオーバー点でハンドオーバーが行われる。ハンドオーバー点は、列車の運転方向にかかわらず同じ位置となるように、ハンドオーバー前の無線基地局の通信可能エリアと、ハンドオーバー先の無線基地局の通信可能エリアとが重なるエリア（オーバーラップ）の中間点に設定される（特許文献１の図３、特許文献２の図３参照）。
【０００５】
無線システム６では、データは、分割されて複数のスロットに収容されて通信される（例えば、特許文献３参照）。データの通信は時分割であるので、このスロットは、タイムスロットとも呼ばれる。スロットは、データの通信に必要な通信資源（リソース）である。無線式列車制御システム１の無線システム６では、通信されるデータが安全にかかわる制御情報を含む。このため、図４に示すように、列車Ｔがハンドオーバー点Ｐ１に到達するより前に、ハンドオーバー予備点Ｐ２でハンドオーバー先の無線基地局４ｂのスロットが予約され、ハンドオーバーが行われる時に、データの通信に確実にスロットが割り当てられるようになっている。
【０００６】
無線システム６における従来のハンドオーバー処理について説明する。無線基地局４及び車上無線局５は、データ通信の送受信装置として、それぞれ地上無線装置４１及び車上無線装置５１を有する（図１参照）。無線基地局４及び車上無線局５は、ハンドオーバーの機能を提供する装置として、それぞれ拠点装置４２及び車上装置５２を有する。
【０００７】
無線システム６における従来のハンドオーバーシーケンスを図５に示す。無線基地局４の拠点装置４２（４２ａ、４２ｂ）は、列車の位置情報を有している。ハンドオーバー前の無線基地局４ａの拠点装置４２ａは、列車Ｔが所定のハンドオーバー予備点Ｐ２に到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂ、すなわち、次に車上無線局５が通信する地上無線装置４１ｂを判定する。そして、その拠点装置４２ａは、次の地上無線装置４１ｂにスロットの予約を依頼し、あわせて通信を行う鍵をその地上無線装置４１ｂに交付する。そして、拠点装置４２ａは、スロットの予約が完了した時、車上無線局５の車上装置５２に対し、スロットの予約完了と、次の地上無線装置４１ｂと通信するためのパラメータを伝達する。
【０００８】
車上装置５２は、スロットの予約完了の伝達を受けた後、自列車Ｔがハンドオーバー点Ｐ１に到達した時に、ハンドオーバー前の地上無線装置４１ａに対して通信の終了を通知し、次のタイミングでハンドオーバー先の地上無線装置４１ｂに対して通信を開始する。すなわち、無線基地局４ａから無線基地局４ｂにハンドオーバーが行われる。なお、このハンドオーバーシーケンスにおいて車上無線装置５１は役割を有さず、図５における「制御通信」の記載は、ハンドオーバーのタイミングを制御するための通信である。
【０００９】
上記のハンドオーバー処理を無線基地局４及び車上無線局５のレベルで記載すると、次の通りである。無線基地局４ａは、列車Ｔの位置情報を有し、列車Ｔが予め設定されたハンドオーバー予備点Ｐ２に到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂにスロットの予約を依頼し、スロットの予約が完了した時、車上無線局５にスロットの予約完了を伝達する。車上無線局５は、スロットの予約完了の伝達を受けた後、ハンドオーバー点Ｐ１に自列車Ｔが到達した時に、ハンドオーバー前（通信中）の無線基地局４ａとの間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂとの間の通信に切り替える。
【００１０】
しかしながら、このようなハンドオーバー処理では、列車Ｔがハンドオーバー予備点Ｐ２に到達した後、ハンドオーバー点Ｐ１に到達するまでの間、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂのスロットを予約し、その予約されたスロットが通信に使用されないため、通信資源であるスロットの利用効率が良くない。
【００１１】
さらに、例えば、事故が発生して列車が団子状態で停車している場合、列車がある地点に集中するので、次の無線基地局４ｂにスロットの予約依頼が集中する。また、列車が停車しているので、次の地上無線装置４１ｂのスロットを予約しても、その予約された多くのスロットが通信にしばらく使われる見込みがないことになる。このため、通信資源であるスロットの利用効率が著しく良くない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−１３７０７９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３９２０５号公報
【特許文献３】特開２０１４−５００３８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｅ  ３８０１−１：２００９  「無線式列車制御システム−第１部：一般要求事項及び機能要求事項」
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ｅ  ３８０１−２：２０１０  「無線式列車制御システム−第２部：システム要求事項」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記問題を解決するものであり、列車を制御するための制御情報を無線で通信する無線式列車制御システムの無線システムにおけるハンドオーバー処理において、通信資源の利用効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の無線システムは、列車を制御するための制御情報を無線で通信する無線式列車制御システムの無線システムであって、複数の無線基地局と、車上に設けられて前記無線基地局との間で前記制御情報を含むデータの通信を行う車上無線局とを備え、前記データは、分割されて複数のスロットに収容されて通信され、前記無線基地局は、列車の位置情報を有し、予め設定された切替許可開始点に列車が到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局にスロットの予約を依頼し、スロットの予約が完了した時、前記車上無線局にスロットの予約完了を伝達し、前記車上無線局は、スロットの予約完了の前記伝達を受けた時、自列車の位置を条件とせずに、通信中の無線基地局との間の通信を、ハンドオーバー先の前記無線基地局との間の通信に切り替えることを特徴とする。
【００１６】
この無線システムにおいて、前記車上無線局は、自列車が前記切替許可開始点に到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局の通信可能エリアを自列車が出ないように自列車を制御することが好ましい。
【００１７】
この無線システムにおいて、前記切替許可開始点は、前記ハンドオーバー先の無線基地局の通信可能エリアの中で、列車が進入する側のエリア端に設定されることが好ましい。
【００１８】
この無線システムにおいて、前記無線基地局は、ハンドオーバー先の前記無線基地局にスロットの予約を依頼する時、データの暗号化及び復号化に用いる鍵をハンドオーバー先のその無線基地局に伝送することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の無線システムによれば、車上無線局は、スロットの予約完了の伝達を受けた時、自列車の位置を条件とせずに、通信中の無線基地局との間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局との間の通信に切り替えるので、予約されたスロットが使われない時間が短縮され、通信資源であるスロットの利用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】無線式列車制御システムのブロック構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る無線システムのエリア設計図。
【図３】同無線システムにおけるハンドオーバーシーケンスを示すシーケンス図。
【図４】従来の無線システムのエリア設計図。
【図５】従来の無線システムにおけるハンドオーバーシーケンスを示すシーケンス図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る無線システムを図１乃至図３を参照して説明する。図１に示すように、無線式列車制御システム１は、日本工業規格（非特許文献１及び非特許文献２）に規定されている従来の無線式列車制御システムと同様の構成を有し、無線システム６を有する。無線システム６は、前述した従来の無線システムと同様のハードウェア構成を有し、ハンドオーバー処理が異なる。従来の無線システムと同等の箇所には同じ符号を付している。
【００２２】
無線式列車制御システム１は、列車を制御するための制御情報を無線で通信する。無線システム６は、複数の無線基地局４（４ａ、４ｂ）と、車上無線局５とを備える。車上無線局５は、無線基地局４との間で制御情報を含むデータの通信を行う。そのデータは、分割されて複数のスロットに収容されて通信される。無線基地局４は、列車の位置情報を有する。
【００２３】
無線式列車制御システム１の各構成をさらに詳述する。指令所装置２１は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である（非特許文献２の附属書Ｂ参照）。地上装置２２は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。地上装置２２は、処理装置、記憶装置等のハードウェアを有し、ソフトウェアを実行することによって動作する。
【００２４】
車上制御装置３１は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム６を介して地上装置２２と接続される。無線システム６は、地上装置２２と車上制御装置３１との間で無線データ伝送を提供する装置である。無線システム６の無線基地局４は、地上伝送路を介して地上装置２２と接続される。無線システム６の車上無線局５は、車上制御装置３１と接続され、無線によって無線基地局４とのデータ通信を行う。
【００２５】
指令所装置２１、地上装置２２及び無線基地局４は、地上に設置されるので、地上システム２と呼ばれる。車上制御装置３１及び車上無線局５は、車上に設置されるので、車上システム３と呼ばれる。
【００２６】
本実施形態では、無線システム６におけるデータの通信は、時分割であるので、スロットはタイムスロットとも呼ばれる。スロットは、データの通信に必要な通信資源（リソース）である。
【００２７】
図２に示すように、列車Ｔは図２の右方向に走行する。無線基地局４ａは、予め設定された切替許可開始点Ｐに列車Ｔが到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂにスロットの予約を依頼する。
【００２８】
無線基地局４ａは、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂにスロットの予約を依頼する時、データの暗号化及び復号化に用いる鍵を無線基地局４ｂに伝送する。
【００２９】
そして、無線基地局４ａは、無線基地局４ｂのスロットの予約が完了した時、車上無線局５にスロットの予約完了を伝達する。
【００３０】
車上無線局５は、スロットの予約完了の伝達を受けた時、自列車Ｔの位置を条件とせずに、通信中の無線基地局４ａとの間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂとの間の通信に切り替える。
【００３１】
車上無線局５は、自列車Ｔが切替許可開始点Ｐに到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局４ａの通信可能エリアを自列車Ｔが出ないように自列車を制御する。
【００３２】
切替許可開始点Ｐは、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂの通信可能エリアの中で、列車が進入する側のエリア端に設定される。なお、エリア端とは、数学的に厳密な端である必要は無く、列車長及び列車の位置検知誤差等を考慮した精度での実質的な通信エリアの端である。
【００３３】
無線システム６のハンドオーバー処理についてさらに詳細に説明する。無線基地局４及び車上無線局５は、データ通信の送受信装置として、それぞれ地上無線装置４１（４１ａ、４１ｂ）及び車上無線装置５１を有する（図１参照）。無線基地局４及び車上無線局５は、ハンドオーバーの機能を提供する装置として、それぞれ拠点装置４２（４２ａ、４２ｂ）及び車上装置５２を有する。
【００３４】
無線基地局４の拠点装置４２は、列車の位置情報を有している。図２及び図３に示すように、ハンドオーバー前の無線基地局４ａの拠点装置４２ａは、列車Ｔが予め設定された切替許可開始点Ｐに到達した時、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂ、すなわち、次に車上無線局５が通信する地上無線装置４１ｂを判定する。列車Ｔは線路を上りまたは下りの一方向に走行するので、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂがどの無線基地局４であるかを判定することは容易であり、例えば、ハンドオーバーしていく無線基地局４の順序を予め定め、それを拠点装置４２及び車上装置５２に記憶しておいてもよい。
【００３５】
そして、その拠点装置４２ａは、拠点装置４２ｂを介して、次の地上無線装置４１ｂにスロットの予約を依頼し、あわせて通信を行う鍵をその地上無線装置４１ｂに交付する。鍵は、暗号鍵である。
【００３６】
そして、拠点装置４２ａは、スロットの予約が完了した時、地上無線装置４１ａを介して、車上無線局５の車上装置５２に対し、スロットの予約完了と、次の地上無線装置４１ｂと通信するためのパラメータを伝達する。
【００３７】
車上装置５２は、通信中の無線基地局４ａの通信可能エリアを自列車Ｔが出て、次の無線基地局４ｂと通信を行うエリアに自列車Ｔが進入するすることを許可する（次ゾーン進入許可）。
【００３８】
車上装置５２は、自列車Ｔの位置を条件とせずに、ハンドオーバー前の地上無線装置４１ａに対して通信の終了を通知し、次のタイミングでハンドオーバー先の地上無線装置４１ｂに対して通信を開始する。すなわち、無線基地局４ａから無線基地局４ｂにハンドオーバーが行われる。ハンドオーバー前の地上無線装置４１ａは、通信の終了を通知されると、スロットを解放する。なお、このハンドオーバーシーケンスにおいて車上無線装置５１は役割を有さず、図３における「制御通信」の記載は、ハンドオーバーのタイミングを制御するための通信である。
【００３９】
例外処理として、車上装置５２は、自列車Ｔが切替許可開始点Ｐに到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局４ａの通信可能エリアを自列車Ｔが出ないように自列車Ｔを制御する。すなわち、車上装置５２は、次ゾーン進入許可を行わない。このような例外は、例えば、事故が発生して列車が団子状態で停車していて、それら全ての列車にはスロットが予約できない場合に生じる。
【００４０】
従来のハンドオーバー処理では、列車Ｔがハンドオーバー予備点Ｐ２に到達した後、ハンドオーバー点Ｐ１に到達するまでの間は、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂのスロットが予約され、その予約されたスロットが通信に使われなかった（図４参照）。これに対して、本実施形態の無線システム６では、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂのスロットが予約されると、自列車Ｔの位置を条件とせずにハンドオーバーが行われるので、スロットを予約し、その予約されたスロットが使われないという時間が短縮される（図２参照）。
【００４１】
具体的には、従来のハンドオーバー処理では、在来線の場合、ハンドオーバー予備点Ｐ２は、ハンドオーバー点Ｐ１の手前１ｋｍに設定されるので、列車の最高速度を１２０ｋｍ／ｈとすると、列車Ｔがハンドオーバー予備点Ｐ２に到達した後、ハンドオーバーが行われるまでの時間は、３０秒程度となる。列車が停止すると、この時間はもっと長くなる。その長い間、予約されたハンドオーバー先の無線基地局４ｂのスロットが通信に使われない。
【００４２】
これに対して、本実施形態の無線システム６では、列車Ｔが切替許可開始点Ｐに到達した後、ハンドオーバーが行われるまでの時間は、拠点装置処理周期、無線装置伝送周期及び車両処理周期から見積もられ、最長１０秒、平均７秒程度となる。したがって、予約されたスロットが通信に使われない時間は、従来と比べて１／３以下になる。
【００４３】
以上、本実施形態に係る無線システム６によれば、車上無線局５は、スロットの予約完了の伝達を受けた時、自列車Ｔの位置を条件とせずに、通信中の無線基地局４ａとの間の通信を、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂとの間の通信に切り替えるので、スロットを予約し、その予約されたスロットが使われない時間が短縮され、通信資源であるスロットの利用効率が向上する。
【００４４】
車上無線局５は、自列車Ｔが切替許可開始点Ｐに到達した後、スロットの予約完了の伝達を受けない場合、通信中の無線基地局４ａの通信可能エリアを自列車Ｔが出ないように自列車Ｔを制御するので、列車Ｔを制御するための制御情報を通信できない状態となることが防がれる。
【００４５】
切替許可開始点Ｐは、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂの通信可能エリアの中で、列車Ｔが進入する側のエリア端に設定されるので、ハンドオーバー処理が可能なエリアが大きくなる。
【００４６】
無線基地局４ａは、ハンドオーバー先の無線基地局４ｂにスロットの予約を依頼する時、データの暗号化及び復号化に用いる鍵を無線基地局４ｂに伝送するので、通信のセキュリティーが確保される。
【００４７】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、列車Ｔが図２の左方向に走行し、無線基地局４ｂから無線基地局４ａにハンドオーバーが行われてもよい。また、無線基地局４の数は、３つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  無線式列車制御システム
４、４ａ、４ｂ  無線基地局
４３ａ、４３ｂ  通信可能エリア
５  車上無線局
６  無線システム
Ｐ  切替許可開始点
Ｔ  列車
【図１】
2018056736.tif 000003
【図２】
2018056736.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018056736.tif 000007