(57)【要約】  【課題】  移動体のネットワークセグメント内の端末が，外部ネットワークとの通信に用いるルータが複数のルータの間で切り替わることを意識することなく通信可能とし，さらに通信不良の発生を防止しながらルータ切り替えを行えること。  【解決手段】  外部ネットワーク７０との間で無線信号の伝送を行う複数の無線伝送手段２０及びそれごとに設けられ外部ネットワークとのルーティングを行う複数の車上ルータ２１，該車上ルータ２１と端末１０との間に設けられたラーニングブリッジ２２とを備え，各車上ルータ２１が，セグメント内の仮想アドレスを送信先とする通信パケットを外部ネットワークへルーティングし，車上ルータ２１の１つである優先ルータのみがセグメント内へのルーティングを行い，その送信元に内部仮想アドレスを設定する。優先ルータは，セグメント内に経路学習用パケットをブロードキャスト送信する。【選択図】図１
2005079936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の移動体内に形成されたネットワークセグメントに設けられ，該ネットワークセグメント内の１又は複数の端末と前記移動体の移動経路に沿って形成される外部ネットワークとの間の通信データの無線伝送を中継する無線通信装置において，
前記外部ネットワークとの間で無線信号の伝送を行う複数の無線伝送手段と，
前記無線伝送手段ごとに設けられ前記外部ネットワークと前記ネットワークセグメントとの間における前記通信データのルーティングを行う複数のルータと，
前記ルータ相互間及び前記ルータと前記端末との間で前記通信データの伝送を中継するとともに前記通信データに設定された送信元アドレスに基づいて前記通信データの伝送経路を学習し，該学習の結果に応じて前記通信データの伝送経路を変更する１又は複数のラーニングブリッジと，を具備し，
前記ルータそれぞれが，前記ネットワークセグメント用の所定の内部仮想アドレスが送信先アドレスとして設定された前記通信データについて前記外部ネットワークへのルーティングを行うことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記複数のルータのうちのいずれか１つである優先ルータのみが，前記外部ネットワークから受信した前記通信データの前記ネットワークセグメント内へのルーティングを行い，該ルーティングを行う前記通信データの送信元アドレスに前記内部仮想アドレスを設定してなる請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記ルータそれぞれについて前記外部ネットワークとのデータ伝送を行う優先度を決定する優先度決定手段と，
前記優先度に基づいて前記ルータの１つを選んで前記優先ルータに設定する優先ルータ選定手段と，を具備してなる請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記優先ルータ選定手段が，
前記ルータそれぞれから該ルータの前記優先度を他の前記ルータに通知する優先度通知手段と，
前記ルータそれぞれにおいて該ルータに対応する前記優先度を他の前記ルータから通知された前記優先度と比較して所定要件を満たす場合に自身を前記優先ルータに設定する優先ルータ設定手段と，
前記優先ルータ設定手段により自身を前記優先ルータに設定した前記ルータから前記優先ルータに設定した旨を他の前記ルータに通知する優先ルータ設定通知手段と，
既に前記優先ルータに設定されている前記ルータが他の前記ルータから前記優先ルータ設定通知手段による通知を受けた場合に自身の前記優先ルータの設定を解除する優先ルータ解除手段と，
を具備してなる請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記ルータが，自身が前記優先ルータに設定された際に前記内部仮想アドレスを送信元アドレスとする所定の経路学習用データを前記ネットワークセグメント内にブロードキャスト送信してなる請求項３又は４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記ルータが，前記外部ネットワークと通信不能状態であるときに，前記ネットワークセグメント内において前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された前記通信データを受信した場合，該通信データを他の前記ルータからの前記経路学習用データの受信後に返送してなる請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記ルータが，前記ネットワークセグメント内において前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された所定の応答要求を受けた場合，自身が前記優先ルータに設定されている場合にのみ応答してなる請求項２〜６のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記優先度決定手段が，前記外部ネットワークとの無線通信における受信電界強度に基づいて前記優先度を決定してなる請求項３〜７のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記優先度決定手段が，前記外部ネットワークとの無線通信における受信電界強度の平均値及び／又は分散値に基づいて前記優先度を決定してなる請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記優先度決定手段が，当該無線通信装置の位置情報に基づいて前記優先度を決定してなる請求項３〜７のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記ルータそれぞれは，前記外部ネットワークへルーティングを行う前記通信データの送信元アドレスに前記外部ネットワーク用の所定の外部仮想アドレスを設定し，前記優先ルータは，前記外部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された前記通信データを前記外部ネットワークから前記ネットワークセグメントへルーティングしてなる請求項２〜１０のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記ルータが，自身が前記優先ルータに設定された際に前記外部仮想アドレスを送信元アドレスとする所定の外部経路学習用データを前記外部ネットワークに対してブロードキャスト送信してなる請求項１１に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，所定の移動体内に形成されたネットワークセグメント内の端末とその移動経路に沿って形成される外部ネットワークとの間の通信データの無線伝送を中継する無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，列車等の移動体の中にある端末（乗客の所有するモバイル機器等）からインターネット網等の外部ネットワークに接続してブロードバンド通信を行うために，外部ネットワークとの間の無線通信を中継する無線通信装置の普及が要求されている。
このような無線通信装置では，列車（移動体）に搭載されて移動する無線伝送手段である無線機（以下，移動側無線機という）と列車の移動経路に沿って（即ち，線路に沿って）複数配置される無線機（以下，固定側無線機という）との間で無線信号の伝送を行うことが有効である。
ここで，前記移動側無線機が列車に１台のみ搭載されている場合，列車が走行中（移動中）に継続して信号伝送を行うためには，前記固定側無線機は，それぞれの通信可能な領域を隣り合う前記固定側無線機との間でオーバラップして配置する必要がある。
【０００３】
これに対し，列車のように移動方向に一定の長さを有する移動体の場合，前記移動側無線機を，移動方向に間隔を空けて設けた複数の無線機で構成すれば，前記固定側無線機の配置間隔を広げることができる。
例えば，前記固定側無線機の最大通信可能距離以内の所定間隔で，列車の最先頭から最後尾にかけて複数の無線機を前記移動側無線機として配列することにより，列車沿いに設置された１つの前記固定側無線機に対し，先頭の無線機がその通信可能エリアに入った後は，列車が移動して最後尾の無線機がその通信可能エリアから出るまでの間は，少なくとも１つの無線機が１つの前記固定側無線機の通信エリア内に常時存在することになる。従って，隣り合う前記固定側無線機の間隔を，該固定側無線機それぞれの通信可能距離に列車の長さを加えた距離まで広げることが可能となる。
このような構成において，列車側の無線機ごとにルータを設け，該ルータと列車内の端末とを接続すれば，列車内の端末と外部ネットワークとの間の無線通信を中継することができる。
【０００４】
上記のように移動体側に複数のルータを設けた場合，いずれのルータを用いて外部ネットワーク（固定側無線機側）と通信を行うかを切り替える必要が生じる。しかし，移動体側の各端末において，いずれのルータを通じて外部ネットワークと通信を行うかをその都度設定変更することは現実的でない。
従来，外部ネットワークとの通信経路を動的に切り替える技術として，非特許文献１や非特許文献２に，Cisco Hot Standby Router Protocol （HSRP）が示されている。
このHSRPは，あるネットワークセグメント（LAN）と，外部ネットワークとを接続するゲートウェイルータに何らかの障害が発生したときに，ネットワークセグメント内の端末の設定を何ら変更することなく動的に予備ルータへと接続を切り替える技術である
HSRPでは，ネットワークセグメント内で稼働する複数のゲートウェイルータが一つの仮想アドレスを共有し，端末はこの仮想アドレスを送信先として外部ネットワーク宛のデータパケット（通信データ）を送信するように設定される。ただし，実際には，ただ一つのアクティブなルータのみがそのパケットを処理する。
また，各ゲートウェイルータは，それぞれプライオリティ値を設定されており，現在ネットワークに参加しているルータのうちもっともプライオリティ値の高いルータがアクティブルータとなり，次点のルータがスタンバイルータとなる。
アクティブルータに何らかの障害が発生した場合には，速やかにスタンバイルータがルーティング機能を引き継いでアクティブルータとなる。スタンバイルータは同時に仮想アドレスも引き継ぐため，ネットワークセグメント内の端末は，アクティブルータの交代を知らなくても，ただ，同じ仮想アドレスに対してデータパケットを送ることで，新たなアクティブルータを通じて外部ネットワークへと接続することができる。
【非特許文献１】Internet Engineering Task Force (IETF) Request For Comments (RFC) : 2281
【非特許文献２】United States Patent Number 5,473,599
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，HSRPは，もともと障害発生時に端末の設定を変更することなく代替ルータにルーティング機能を引き継ぐことを目的とする技術であるため，移動体内部から外部へアクセスするルータを瞬時かつ動的に切り替えるための手段としてはいくつかの不都合がある。
HSRPでは，ネットワークセグメント内に，アクティブルータよりもプライオリティ値が高いルータが参加した場合にも無条件のアクティブルータの交代を認めない。プライオリティ値の高い新たなルータは，まずcoup messageを現在のアクティブルータに送信し，現在のアクティブルータがそれを認めてresign messageを返すというハンドシェイクを経た上で，初めて交代が実行される。
しかし，移動体の無線通信装置では，ルータ切り替えは定期的に行われるものであり，これにHSRPを適用するとハンドシェイクによりルータ切り替えが遅れて通信不能となる状態が多発するという問題が生じる。
また，HSRPでは，アドレスフィルタによってアクティブルータ以外のルータはルーティングを行わないように設定されるが，外部ネットワークとの通信が可能なルータが高速に次々に交代していく適用対象では，ルーティング動作を行うルータを排他的にただ一つに限定してしまうと，ちょうど交代するタイミングで端末から送信されたパケットが損失する可能性が高くなるという問題も生じる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，移動体のネットワークセグメント内の端末が，外部ネットワークとの通信に用いるルータが複数のルータの間で切り替わることを意識することなく通信可能とし，さらに通信不良の発生を防止しながらルータ切り替えを行うことが可能な無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は，所定の移動体内に形成されたネットワークセグメントに設けられ，該ネットワークセグメント内の１又は複数の端末と前記移動体の移動経路に沿って形成される外部ネットワークとの間の通信データの無線伝送を中継する無線通信装置において，前記外部ネットワークとの間で無線信号の伝送を行う複数の無線伝送手段と，前記無線伝送手段ごとに設けられ前記外部ネットワークと前記ネットワークセグメントとの間における前記通信データのルーティングを行う複数のルータと，前記ルータ相互間及び前記ルータと前記端末との間で前記通信データの伝送を中継するとともに前記通信データに設定された送信元アドレスに基づいて前記通信データの伝送経路を学習し，該学習の結果に応じて前記通信データの伝送経路を変更する１又は複数のラーニングブリッジと，を具備し，前記ルータそれぞれが，前記ネットワークセグメント用の所定の内部仮想アドレスが送信先アドレスとして設定された前記通信データについて前記外部ネットワークへのルーティングを行うことを特徴とする無線通信装置として構成されるものである。
このような構成により，前記移動体のネットワークセグメント内の端末は，外部ネットワークとの通信に用いるルータが複数のルータの間で切り替わることを意識することなく，前記外部ネットワークへのルーティングを希望する通信データ（通信パケット）については，常に，前記内部仮想アドレスを送信先アドレスとして設定して送信するだけで前記外部ネットワークとの通信が可能となる。
さらに，前記ラーニングブリッジの伝送経路学習機能により，前記内部仮想アドレスが送信先として設定された通信データは，いずれか１つの前記ルータにのみ伝送されるので，１つの通信データが複数の前記ルータから前記外部ネットワークへルーティングされることを防止できる。
【０００７】
ここで，前記複数のルータのうちのいずれか１つである優先ルータのみが，前記外部ネットワークから受信した前記通信データの前記ネットワークセグメント内へのルーティングを行い，該ルーティングを行う前記通信データの送信元アドレスに前記内部仮想アドレスを設定するものが考えられる。
これにより，前記優先ルータがルーティングした通信データによって前記ラーニングブリッジの伝送経路が学習されるので，以後，前記端末から前記内部仮想アドレスを送信先アドレスして送信される通信データは，前記優先ルータへ確実に伝送されることになる。
この場合，前記ルータそれぞれについて前記外部ネットワークとのデータ伝送を行う優先度を決定する優先度決定手段と，前記優先度に基づいて前記ルータの１つを選んで前記優先ルータに設定する優先ルータ選定手段と，を具備するものが考えられる。
これにより，優先度の高い前記ルータが動的に前記優先ルータとして設定されることになる。
例えば，前記優先ルータ選定手段が，前記ルータそれぞれから該ルータの前記優先度を他の前記ルータに通知する優先度通知手段と，前記ルータそれぞれにおいて該ルータに対応する前記優先度を他の前記ルータから通知された前記優先度と比較して所定要件を満たす場合に自身を前記優先ルータに設定する優先ルータ設定手段と，前記優先ルータ設定手段により自身を前記優先ルータに設定した前記ルータから前記優先ルータに設定した旨を他の前記ルータに通知する優先ルータ設定通知手段と，既に前記優先ルータに設定されている前記ルータが他の前記ルータから前記優先ルータ設定通知手段による通知を受けた場合に自身の前記優先ルータの設定を解除する優先ルータ解除手段と，を具備するものが考えられる。
これにより，前記外部ネットワークとの無線リンクの状態が最も良好な前記ルータが前記優先ルータとして選定される。
【０００８】
また，前記ルータが，自身が前記優先ルータに設定された際に前記内部仮想アドレスを送信元アドレスとする所定の経路学習用データを前記ネットワークセグメント内にブロードキャスト送信するものが考えられる。
これにより，以後，前記外部ネットワークへ向けた通信データ（即ち，前記内部仮想アドレスが送信先に設定された通信データ）が，前記ネットワークセグメント内において前記優先ルータへ確実に伝送されるように，全ての前記ラーニングブリッジの信号伝送経路が速やかに学習される。
また，前記外部ネットワークと通信不能状態であるときに，前記ネットワークセグメント内において前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された前記通信データを受信した場合，該通信データを他の前記ルータからの前記経路学習用データの受信後に返送するものが考えられる。
これにより，通信不能状態となった前記ルータに届いた通信データ（通信パケット）が損失することを防止できる。
【０００９】
また，前記ルータが，前記ネットワークセグメント内において前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された所定の応答要求を受けた場合，自身が前記優先ルータに設定されている場合にのみ応答すれば，前記優先ルータ以外のルータの応答によって前記ラーニングブリッジの経路学習結果が乱されることを防止できる。
また，前記優先度決定手段としては，例えば，前記外部ネットワークとの無線通信における受信電界強度或いはその平均値及び／又は分散値に基づいて前記優先度を決定するものや，当該無線通信装置の位置情報に基づいて前記優先度を決定するもの等が考えられる
また，前記ルータそれぞれは，前記外部ネットワークへルーティングを行う前記通信データの送信元アドレスに前記外部ネットワーク用の所定の外部仮想アドレスを設定し，前記優先ルータは，前記外部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された前記通信データを前記外部ネットワークから前記ネットワークセグメントへルーティングするものが考えられる。
これにより，前記優先ルータ以外のルータが通信データを前記外部ネットワークへルーティングした場合や，通信データが前記外部ネットワークへルーティングされてからその応答データが返信されてくるまでに前記優先ルータが切り替わっていた場合であっても，応答データの前記ネットワークセグメントへのルーティングを，その時点の無線通信状態が良好な前記優先ルータによって行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，移動体のネットワークセグメント内における複数のルータそれぞれが，前記ネットワークセグメント用の所定の内部仮想アドレスが送信先アドレスとして設定された前記通信データについて前記外部ネットワークへのルーティングを行うので，前記ネットワークセグメント内における端末は，外部ネットワークとの通信に用いるルータが複数のルータの間で切り替わることを意識することなく，前記外部ネットワークへのルーティングを希望する通信データ（通信パケット）については，常に，前記内部仮想アドレスを送信先アドレスとして設定して送信するだけで前記外部ネットワークとの通信が可能となる。
さらに，前記ルータ相互間及び前記ルータと前記端末との間にラーニングブリッジが設けられているので，該ラーニングブリッジの伝送経路学習機能により，前記内部仮想アドレスが送信先として設定された通信データは，いずれか１つの前記ルータにのみ伝送され，１つの通信データが複数の前記ルータから前記外部ネットワークへルーティングされることを防止できる。
また，前記複数のルータのうちのいずれか１つである優先ルータのみが，前記外部ネットワークから受信した前記通信データの前記ネットワークセグメント内へのルーティングを行い，該ルーティングを行う前記通信データの送信元アドレスに前記内部仮想アドレスを設定することにより，前記優先ルータがルーティングした通信データによって前記ラーニングブリッジの伝送経路が学習されるので，以後，前記端末から前記内部仮想アドレスを送信先アドレスして送信される通信データは，前記優先ルータへ確実に伝送されることになる。
さらに，記ルータそれぞれについて前記外部ネットワークとのデータ伝送を行う優先度を決定する優先度決定手段と，前記優先度に基づいて前記ルータの１つを選んで前記優先ルータに設定する優先ルータ選定手段と，を具備するものであれば，各時点で前記外部ネットワークとの通信状態の良好なルータを優先度の高いルータが動的に前記優先ルータとして設定することが可能となり，通信不良の発生を防止しながらルータ切り替えを行うことが可能となる。
また，前記ルータが，自身が前記優先ルータに設定された際に前記内部仮想アドレスを送信元アドレスとする所定の経路学習用データを前記ネットワークセグメント内にブロードキャスト送信することにより，以後，前記外部ネットワークへ向けた通信データ（即ち，前記内部仮想アドレスが送信先に設定された通信データ）が，前記ネットワークセグメント内において前記優先ルータへ確実に伝送されるように，全ての前記ラーニングブリッジの信号伝送経路が速やかに学習される。従って，前記外部ネットワークとの通信状態が良好でない前記優先ルータ以外のルータに通信データが伝送されて通信不良が発生することを防止できる。
また，前記外部ネットワークと通信不能状態であるときに，前記ネットワークセグメント内において前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された前記通信データを受信した場合，該通信データを他の前記ルータからの前記経路学習用データの受信後に返送することにより，通信不能状態となった前記ルータに届いた通信データ（通信パケット）が損失すること（通信不良）を防止できる。
また，前記ルータが，前記ネットワークセグメント内において前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された所定の応答要求を受けた場合，自身が前記優先ルータに設定されている場合にのみ応答すれば，前記優先ルータ以外のルータの応答によって前記ラーニングブリッジの経路学習結果が乱されることを防止できる。
また，前記ルータそれぞれは，前記外部ネットワークへルーティングを行う前記通信データの送信元アドレスに前記外部ネットワーク用の所定の外部仮想アドレスを設定し，前記優先ルータは，前記外部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された前記通信データを前記外部ネットワークから前記ネットワークセグメントへルーティングするものであれば，前記優先ルータ以外のルータが通信データを前記外部ネットワークへルーティングした場合や，通信データが前記外部ネットワークへルーティングされてからその応答データが返信されてくるまでに前記優先ルータが切り替わっていた場合であっても，応答データの前記ネットワークセグメントへのルーティングを，その時点の無線通信状態が良好な前記優先ルータによって行うことができ，通信不良の発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る無線通信装置Ｘを列車に搭載した列車無線通信システムＺの概略構成図，図２は無線通信システムＺにおける前記無線クライアント（無線伝送手段）及び前記無線アクセスポイントの配置関係を表す図，図３は無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「初期ステータス」時の処理手順を表すフローチャート，図４は無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「切断ステータス」時の処理手順を表すフローチャート，図５は無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「接続ステータス」時の処理手順を表すフローチャート，図６は無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「優先ステータス」時の処理手順を表すフローチャート，図７は無線通信装置Ｘにおける車上ルータが送受信する状態メッセージのデータフォーマットの一例を表す図，図８は無線通信装置Ｘにおける車上ルータが保持する状態データベースのフィールド構成の一例を表す図である。
【００１２】
まず，図１を用いて，本発明の実施の形態に係る無線通信装置Ｘを列車に搭載した列車無線通信システムＺの構成について説明する。
列車無線通信システムＺは，大きくは，線路１上を移動する列車２内に形成されるネットワークセグメント６０（以下，列車ＬＡＮ６０という）と，列車２の移動方向に沿って形成される外部ネットワーク７０とに分けられる。
前記外部ネットワーク７０は，線路１上を移動する列車２の移動方向１ａに沿って複数配置される地上側の無線通信手段である無線アクセスポイント（ＡＰ）３０と，該無線アクセスポイント３０相互間を中継リンク４９を介して接続し，前記中継リンク４９を流れる通信パケット（通信データ）を分岐して前記無線アクセスポイント３０に伝送するとともに，前記無線アクセスポイント３０から伝送されてくる通信パケットを前記中継リンク４９に伝送する複数のスイッチングハブ４０（ＳＷ−ＨＵＢ）と，該スイッチングハブ４０と上位ネットワークであるインターネット５１との間で通信パケットのルーティングを行う地上ルータ５０とを有している。なお，前記スイッチングハブ４０は，学習機能を有さない通常のＨＵＢであっても本発明に適用可能である。
前記中継リンク４９としては，例えば，１００ＢａｓｅＦＸ規格の長距離伝送向けの光ファイバ接続やVDSL接続，あるいは，距離が短い場合にはIEEE802.3規格の同軸ケーブルによる接続等を用いることが考えられる。
【００１３】
一方，列車ＬＡＮ６０は，外部ネットワーク７０の無線アクセスポイント３０との間で無線信号の伝送を行う無線伝送手段（無線機）である複数の無線クライアント２０と，該無線クライアント２０ごとに設けられ，外部ネットワーク７０と列車ＬＡＮ６０との間における通信パケットのルーティングを行う複数の車上ルータ２１と，列車２内から外部ネットワーク７０への接続サービスを受ける利用者が使用するパーソナルコンピュータ等の１又は複数の端末１０と，車上ルータ２１相互間及び車上ルータ２１（前記複数のルータの一例）と端末１０との間で通信パケットの伝送を中継するとともに通信パケットに設定された送信元アドレスに基づいて通信パケットの伝送経路を学習し，その学習結果に応じて通信パケットの伝送経路を変更する車上ラーニングブリッジ２２とを有している。
列車ＬＡＮ２内の各機器は，IEEE802.3規格のツイストペアケーブルや同軸ケーブル等で有線接続することが考えられるが，伝送経路上に無線機（無線アクセスポイント等）を設ける等により，信号伝送経路の一部又は全部について無線伝送を行うよう構成してもよい。
前記列車ＬＡＮ６０のうち前記端末１０を除く部分が，本発明の実施の形態に係る無線通信装置Ｘである。
【００１４】
次に，図２（ａ），（ｂ）を用いて，前記無線クライアント２０及び前記無線アクセスポイント３０の配置関係について説明する。
図２（ａ）に示すように，前記無線アクセスポイント３０それぞれは，隣り合う前記無線アクセスポイント２０（図中，ＮＧ１，Ｎｇ２で表す）との間で通信可能範囲ｗが重ならず，かつ隣り合う前記無線アクセスポイントＮＧ１，ＮＧ２における通信可能範囲ｗ相互の列車移動方向１ａにおける間隔ｗｘが，列車移動方向１ａ最上流側及び最下流側の前記無線クライアントＮａ，Ｎｃの間隔ｗａｃ以下となるよう配置される。
また，図２（ｂ）に示すように，前記無線クライアント２０それぞれ（図中，Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃで表す）は，前記前記無線アクセスポイント２０それぞれの列車移動方向１ａにおける通信可能範囲ｗの長さ以下の間隔ｗ0で配置される。
このような前記無線アクセスポイント３０及び前記無線クライアント２０の配置構成により，前記無線クライアントＮａ，Ｎｂ，Ｎｃのいずれかが，常に前記無線アクセスポイント３０のいずれかとの間で通信可能範囲ｗ内に存在することになる。これにより，列車２が移動しても，前記無線クライアント２０の切り替え，即ち，それに対応する前記車上ルータ３０の切り替えを適切に行えば，前記端末２４は継続的にインターネット接続が可能な状態を維持できる。
また，隣り合う前記無線アクセスポイント３０の通信可能範囲ｗ相互の列車移動方向１ａにおける間隔ｗｘを，ほぼ列車２全体の長さ近くまで長くとることができるので，前記無線アクセスポイント３０の配置数を少なくすることができる。
ここで，図２には，３個の前記無線クライアントＮａ，Ｎｂ，Ｎｃを設けた例を示したが，これに限るものでなく，２個或いは４個以上設けることも考えられる。
【００１５】
前記無線通信装置Ｘは，移動する列車ＬＡＮ６０内の端末１０が，外部ネットワーク７０との通信に用いるルータが複数の前記車上ルータ２１の間で切り替わることを意識することなく通信可能とし，さらに前記端末１０と前記外部ネットワーク７０との間の通信不良の発生を防止しながら前記車上ルータ２１の切り替えを行うものである。
列車無線通信システムＺでは，前記端末１０が前記車上ルータ２１の切り替わりを意識せずに通信可能とするために，前記端末１０は，前記外部ネットワーク７０へ接続する際に，通信パケットの送信先アドレスに前記列車ＬＡＮ６０用の所定の内部仮想アドレス（ＭＡＣアドレスに相当する仮想アドレス）を設定するようにする。この内部仮想アドレスは，前記車上ルータ２１それぞれが共用するものである。
そして，前記車上ルータ２１それぞれは，前記内部仮想アドレスが送信先アドレスとして設定された通信パケット（以下，上り通信パケットという）を受信した場合，これを前記外部ネットワーク７０へルーティングする。
ここで，前記上り通信パケットは，複数の前記車上ルータ２１のうち最も前記外部ネットワーク７０との通信状態（無線リンクの状態）が良好なものを介して伝送することが望ましい。
本無線通信装置Ｘでは，後述するように，複数の前記車上ルータ２１のうち，最も無線リンクの状態が良好なもの（以下，優先ルータという）が決定され，該優先ルータのみが，前記外部ネットワーク７０から受信した通信パケットの前記ネットワークセグメント６０内へのルーティングを行うとともに，該ルーティングを行う通信パケットの送信元アドレスに前記内部仮想アドレスを設定する。
さらに，前記優先ルータが決定された際に，該優先ルータから前記列車ＬＡＮ６０内に前記内部仮想アドレスを送信元アドレスとする所定の通信パケット（経路学習用データ）をブロードキャスト送信する。これにより，全ての前記ラーニングブリッジ２２において，前記上り通信パケットが前記優先ルータへ伝送されるよう信号伝送経路が速やかに学習される。
このため，前記端末１０は，前記優先ルータの交代を意識することなく（送信先を都度切り替えることなく），ただ，前記内部仮想アドレスを宛先に前記上り通信パケットを送ることで，その通信パケットは，前記ラーニングブリッジ２２によって前記優先ルータへ伝送され，該優先ルータから前記外部ネットワーク７０（インターネット）へ伝送される。
その一方で，前記上り通信パケットのルーティングを行う前記車上ルータ２１を１つに制限していないので，万一，前記優先ルータの切り替えの際に，前記ラーニングブリッジ２２の学習が若干遅れ，その間に前記優先ルータ以外の前記車上ルータ２１に前記上り通信パケットが伝送された場合でも，その車上ルータ２１が前記外部ネットワーク７０と通信可能である限り漏れなくルーティングされる。従って，前記優先ルータの切り替わり時のパケット損失が最小限に抑えられる。
【００１６】
次に，前記車上ルータ２１の中から前記優先ルータを選定する処理について説明する。
前記車上ルータ２１は，それぞれ「初期ステータス」，「切断ステータス」，「接続ステータス」及び「優先ステータス」の４つのいずれかの状態にあり，各状態（ステータス）ごとに異なる処理を実行する。ここで，「優先ステータス」となっている前記車上ルータ２１が前記優先ルータである。
以下，図３〜図６のフローチャートを用いて，前記車上ルータ２１それぞれによる前記優先ルータの選定処理の手順について説明する。前記車上ルータ２１は，付図示のＣＰＵ及びその周辺機器であるＲＯＭ，ＲＡＭ及び不揮発メモリ等を備え，前記ＲＯＭに予め格納された所定プログラムを前記ＣＰＵによって実行することにより，図３〜図６に示す処理を実行する。
【００１７】
（「初期ステータス」）
まず，図３のフローチャートを用いて，前記車上ルータ２１の起動（電源ＯＮ）後に所定の初期化処理がなされた後の最初の遷移状態である「初期ステータス」における処理手順について説明する。以下，Ｓ１１，Ｓ１２…は，処理手順（ステップ）の番号を表す。
「初期ステータス」では，まず，前記車上ルータ２１は，所定時間が設定された初期タイマがタイムアウトとなるまで他の車上ルータ２１それぞれから状態メッセージが通知されるのを待ち（Ｓ１１，Ｓ１２），前記状態メッセージを受信すると（Ｓ１１のＹ側），その状態メッセージから状態データベースを更新する（Ｓ１３）。
図７は，前記状態メッセージのデータフォーマットの一例である。
前記状態メッセージには，その状態メッセージの送信元の車上ルータ２１（送信元ルータ）の固有アドレスｄ１（ここでは，ＭＡＣアドレス），送信元ルータ２１のその時点でのステータスｄ２（後述する「切断」，「接続」，「優先」のいずれかの状態）及び送信元ルータ２１のその時点でのプライオリティ値ｄ３が含まれる。
前記プライオリティ値ｄ３は，前記車上ルータ２１それぞれについて決定され，前記外部ネットワーク７０とのデータ伝送を行う優先度に関する情報であり，前記外部ネットワーク７０との無線リンクの状態（通信状態）が良好な状態である，或いは良好な状態となると考えられるときほど高い値となるものである。
例えば，前記無線クライアント２０の前記外部ネットワーク７０との無線通信における受信電界強度を検出する手段（前記優先度決定手段の一例）を設け，その検出値を前記プライオリティ値ｄ３とする（決定する）ことが考えられる。
【００１８】
図８は，各車上ルータ２１が不揮発性メモリに格納すること等によって保持する前記状態データベースのフィールド構成の一例である。
前記状態データベースには，前記状態メッセージに含まれる送信元ルータ２１の固有アドレスｄ１，同ステータスｄ２，同プライオリティ値ｄ３に加え，その状態メッセージを受信してからの経過時間を示すエイジング値ｄ４が格納される。各車上ルータ２１は，前記エイジング値ｄ４が所定時間以上の経過を示す値であるときは，そのレコードデータを無効なデータとして削除する。
各車上ルータ２１は「初期ステータス」においては，前記初期タイマのタイムアウト時間が経過するまでの間，他の車上ルータ２１それぞれからの前記状態メッセージを収集して前記状態データベースを更新し，自らメッセージを発信することはない。
一方，各車上ルータ２１は，後述するように前記外部ネットワーク７０の無線リンクが確立できている「接続ステータス」及び「優先ステータス」の状態では，前記初期タイマのタイムアウト時間よりも短い時間間隔で前記状態メッセージを送信するので，この「初期ステータス」の段階で，前記外部ネットワーク７０と無線リンクが確立できている他の全ての車上ルータ２１についての前記固有アドレスｄ１，前記ステータスｄ２及び前記プライオリティ値ｄ３が収集される。
【００１９】
次に，前記初期タイマがタイムアウトとなると，当該車上ルータ２１に接続された前記無線クライアント２０と前記無線アクセスポイント３０（即ち，外部ネットワーク７０）との無線リンクの状態が評価され，前記プライオリティ値ｄ３が設定される。リンク状態が良好な状態であるほど，高いプライオリティ値が設定（決定）される。
このプライオリティ値ｄ３は，無線リンクの受信電界強度そのものを設定することの他，プライオリティ値ｄ３を平滑化して頻繁な変化を防止するために受信電界強度の平均値を用いることや，無線リンクの安定性も評価指標とするために受信電界強度の平均値に対して分散値をマイナス要因として反映させる（減算する等）等も考えられる。或いは，列車２の位置情報から前記無線アクセスポイント３０との相対距離を求め，該相対距離が近いものほど前記プライオリティ値ｄ３を高くするような評価を行ってもよい。列車２の位置情報は，列車２に搭載されたＧＰＳや列車の最寄り駅からの走行距離により検出することや，線路沿いに設けた所定のセンサにより検出すること等が考えられる。
さらに，前記プライオリティ値ｄ３の評価の結果，前記外部ネットワーク７０との無線リンクを確立できる状態であるか否かを判別し（Ｓ１５），無線リンクを確立できる状態（通信可能状態）であるときは「接続ステータス」へ状態遷移し，確立できない状態（通信不能状態）であるときは「切断ステータス」へ状態遷移する。
【００２０】
（「切断ステータス」）
続いて，図４のフローチャートを用いて，前記「切断ステータス」に遷移している場合における前記車上ルータ２１の処理手順について説明する。
「切断ステータス」では，前記車上ルータ２１は，他の前記車上ルータ２１からの前記状態メッセージの受信チェック（Ｓ２１），及び前記外部ネットワーク７０との無線リンクの状態評価（Ｓ２２）がなされ，これが前記外部ネットワーク７０との無線リンクが確立されるまで繰り返される（Ｓ２３のＮ側）。その際，前記状態メッセージが受信された場合には，その内容に基づいて前記状態データベースが更新される（Ｓ２４）。これにより，他の前記車上ルータ２１の状態が収集される。
そして，前記外部ネットワーク７０との無線リンクが確立されると（Ｓ２３のＹ側），前記「接続ステータス」へ状態遷移する。
【００２１】
（「接続ステータス」）
次に，図５のフローチャートを用いて，前記「接続ステータス」に遷移している場合における前記車上ルータ２１の処理手順について説明する。
「接続ステータス」では，前記車上ルータ２１は，前記初期タイマの設定時間より短い所定時間が設定されたメッセージタイマがタイムアウトとなるまで，他の前記車上ルータ２１からの前記状態メッセージの受信有無のチェック（Ｓ３１），前記外部ネットワーク７０との無線リンクの状態評価（Ｓ３２）及び前記外部ネットワーク７０との無線リンクの接続状態のチェック（Ｓ３３）が繰り返される。その際，他の前記車上ルータ２１からその前記プライオリティ値ｄ３が設定された前記状態メッセージが受信されると（Ｓ３１のＹ側），その状態メッセージに基づいて前記状態データベースを更新する（Ｓ３５）。
また，前記メッセージタイマがタイムアウトする前に，前記外部ネットワーク７０との無線リンクが切断された（リンク確立ができない状態となった）場合（Ｓ３３のＹ側）は，前記ステータスｄ２を「切断ステータス」に設定し，さらにその時点の前記プライオリティ値ｄ３（低いプライオリティ値）を設定した前記状態メッセージを全ての他の前記車上ルータ２１に送信（Ｓ３６）した後，前記「切断ステータス」へ状態遷移する。
【００２２】
一方，前記メッセージタイマがタイムアウトすると，前記状態データベースを参照して当該車上ルータ２１の前記プライオリティ値ｄ３と他の車上ルータ２１の前記プライオリティ値ｄ３とを比較する（Ｓ３７）。
ここで，当該車上ルータ２１の前記プライオリティ値ｄ３が最も高い値（自分が一番）ではないと判別した場合は，ステータスｄ２を「接続ステータス」とし，その時点の自身の前記プライオリティ値ｄ３を設定した前記状態メッセージを他の全ての前記車上ルータ２１に送信（Ｓ３８，前記優先度通知手段の機能の一例）した後，Ｓ３１へ戻って前述した処理が繰り返される。
これに対し，当該車上ルータ２１の前記プライオリティ値ｄ３が最も高い値である（自分が一番）と判別した場合は，当該車上ルータ２１が「優先ステータス」となることを宣言するため，前記ステータスｄ２を「優先ステータス」に設定し，その時点の前記プライオリティ値ｄ３を通知する前記状態メッセージを他の全ての前記車上ルータに送信（発信）する（Ｓ３９，前記優先度通知手段の機能の一例）とともに（優先ルータ設定通知手段の機能の一例），さらに，前記列車ＬＡＮ６０における仮想のアドレス（ここでは，ＭＡＣアドレス）である内部仮想アドレスを送信元アドレスとする所定の経路学習用データを前記列車ＬＡＮ６０内にブロードキャスト送信（Ｓ３９）した後，「優先ステータス」へ状態遷移する（即ち，自身を前記優先ルータに設定する）。前記経路学習用データとしては，例えば，arp要求を伴わないarp応答（gratuitous arp messageと呼ばれる）を用いることが考えられる。
これにより，全ての前記車上ラーニングブリッジ２２において前記経路学習用データに基づく経路学習が行われ，以後，前記端末１０から前記内部仮想アドレスを送信先アドレスとする通信パケットが送信された場合，前記車上ラーニングブリッジ２２により，その通信パケットは当該車上ルータ２１（前記経路学習用データを最後に送信した前記車上ルータ２１）にのみ伝送される。
また，前記内部仮想アドレスを送信元とする通信パケットは，前記優先ルータしか送信しないので（前記状態メッセージの送信元は各車上ルータ２１の固有アドレス（ＭＡＣアドレス）である），前記車上ラーニングブリッジ２２の経路学習を乱すことがない。
【００２３】
（「優先ステータス」）
次に，図６のフローチャートを用いて，前記「優先ステータス」に遷移している場合おける前記車上ルータ２１の処理手順について説明する。
「優先ステータス」では，各車上ルータ２１は，前記メッセージタイマがタイムアウトとなるまで，他の前記車上ルータ２１からの前記状態メッセージの受信有無のチェック（Ｓ４１），前記外部ネットワーク７０との無線リンクの状態評価（Ｓ４２）及び前記外部ネットワーク７０との無線リンクの接続状態のチェック（Ｓ４３）が繰り返される。
その間に，前記状態メッセージが受信されると（Ｓ４１のＹ側），その状態メッセージに基づいて前記状態データベースが更新される（Ｓ４５）とともに，その状態メッセージの前記ステータスｄ２が「優先ステータス」であることと，そのプライオリティ値ｄ４が自身の（当該車上ルータ２１の）プライオリティ値ｄ４よりも大きい（高い）こととの両条件が満たされているか否かがチェックされ（Ｓ４６，Ｓ４７），両条件が満たされている場合は，前記ステータスｄ２を「接続ステータス」とし，その時点の前記プライオリティ値ｄ３を設定した前記状態メッセージを他の全ての前記車上ルータ２１に送信（Ｓ４８）した後，前記「接続ステータス」へ状態遷移する（Ｓ４７のＹ側）。
これにより，当該車上ルータ２１が「優先ステータス」である（優先ルータである）状態が解除され，前記優先ルータの交代が完了する。
前述した図５におけるＳ３７〜Ｓ３９の処理，及び図６におけるＳ４６〜Ｓ４８の処理により１つの前記優先ルータが決定される（前記優先ルータ選定手段の処理の一例）。
前記両条件を満たさない場合は，Ｓ４２へ移行してそのまま処理が繰り返される。
【００２４】
一方，前記メッセージタイマがタイムアウトする前に，前記外部ネットワーク７０との無線リンクが切断された場合（Ｓ４３のＹ側）は，前記ステータスｄ２を「切断ステータス」に設定し，さらにその時点の前記プライオリティ値ｄ３（低いプライオリティ値）を設定した前記状態メッセージを全ての他の前記車上ルータ２１に送信（Ｓ３６）した後，前記「切断ステータス」へ状態遷移する。
これにより，当該車上ルータ２１が「優先ステータス」である（優先ルータである）状態が解除されるとともに，他のいずれかの車上ルータ２１において，前述したＳ３７，Ｓ３９（図５）の処理が実行されることにより，前記優先ルータの切り替えがなされる。
また，Ｓ４６，Ｓ４７において，他の前記車上ルータ２１から「優先ステータス」となった旨の前記状態メッセージを受けてから，自身の「優先ステータス」を解除（「接続ステータス」への状態遷移）するので，前記優先ルータが存在しない状態を経ずに前記優先ルータの円滑な切り替えがなされる。
一方，前記メッセージタイマがタイムアウトすると，ステータスｄ２を「優先ステータス」とし，その時点のプライオリティ値ｄ３が設定された前記状態メッセージを他の全ての前記車上ルータ２１に送信（Ｓ５０）した後，Ｓ４１へ戻って前述した処理が繰り返される。
【００２５】
以上，図３〜図６に示した処理により，前記列車ＬＡＮ６０内の複数の前記車上ルータ２１のうち，その無線リンクがもっとも安定していると考えられる１つの車上ルータ２１が速やかに「優先ステータス」（優先ルータ）となる。
また，「優先ステータス」となった前記車上ルータ２１からブロードキャスト送信される前記経路学習用データにより，前記車上ラーニングブリッジ２２それぞれにおいて，前記内部仮想アドレスを宛先（送信先）とするパケットが「優先ステータス」である前記車上ルータ２１（優先ルータ）へ伝送されるよう速やかに学習されるため，前記端末１０は，「優先ステータス」優先ルータの交代を意識することなく，ただ，内部セグメント向けの仮想アドレスに対してパケットを送ることで，そのパケットをインターネットへと送信することができる。
ここで，ごくまれなタイミングによっては，前記車上ルータ２１が，前記外部ネットワーク７０と通信不能状態である，即ち，前記プライオリティ値ｄ３が所定の下限値未満であるときに，前記社内ＬＡＮ６０（ネットワークセグメント）内において前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された通信パケットを受信する場合が生じ得る。この場合，前記車上ルータ２１は，受信した通信パケットを他の前記車上ルータ２１からの前記経路学習用データの受信後に返送する。
これにより，返送された通信パケットが学習後の前記ラーニングブリッジ２２によって新たな前記優先ルータ（即ち，前記外部ネットワーク７０と通信可能な前記車上ルータ２１）へ確実に伝送されるので，前記優先ルータの切り替わり時における通信パケットの損失を防止することができる。
【００２６】
また，一般的に，前記端末１０は、ネットワークを構築或いは維持するために、ネットワークセグメント（前記社内ＬＡＮ６０）内のルータ（前記車上ルータ２１）と様々な通信を行うが、それらの多くは、一方からの要求パケットに対して、もう一方が応答パケットを返す、という形式で行われる。例えば，送信相手のIPアドレスに対する物理アドレスを取得するARPや，通信相手とのIP通信が可能であるかどうかを確認するためのICMP ping等である。
本無線通信装置Ｘでは，前記車上ルータ２１は，前記社内ＬＡＮ６０内において，前記内部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された前記要求パケット（前記所定の応答要求の一例）を受信した場合，自身が前記優先ルータに設定されている場合（「優先ステータス」の状態である場合）にのみ応答パケットを返す。
これにより，前記ラーニングブリッジ２２の経路学習を乱すことがない。
【００２７】
一方，前記車上ルータ２１それぞれは，前記外部ネットワーク７０へルーティングを行う通信パケットの送信元アドレスには，前記外部ネットワーク７０用の所定の外部仮想アドレスを設定し，前記優先ルータ（「優先ステータス」の状態にある前記車上ルータ２１）は，前記外部仮想アドレスが送信先アドレスに設定された通信パケットを前記外部ネットワーク７０から前記列車ＬＡＮ６０へルーティングする。
これにより，前記優先ルータ以外の前記車上ルータ２１が通信パケットを前記外部ネットワーク７０へルーティングした場合や，通信パケットが前記外部ネットワーク７０へルーティングされてからその応答パケットが返信されてくるまでに前記優先ルータが切り替わっていた場合であっても，応答パケットの前記列車ＬＡＮ６０へのルーティングを，その時点の無線通信状態が良好な前記車上ルータ２１である前記優先ルータによって行うことができる。
【００２８】
前記実施の形態では，前記車上ルータ２１が，前記列車ＬＡＮ６０を介して相互に前記プライオリティ値ｄ３を授受するものであったが，前記列車ＬＡＮ６０以外の信号伝送手段を設けて前記車上ルータ２１相互間で前記プライオリティ値ｄ３を授受するよう構成してもよく，或いは前記車上ルータ２１それぞれと接続された所定の演算手段を別途設け，該演算手段により前記プライオリティ値ｄ３の比較を行って前記優先ルータを決定し，その旨を該当する前記車上ルータ２１に通知するよう構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は，移動体内の端末とその移動経路における外部ネットワークとの間の無線通信を中継する無線通信装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信装置Ｘを列車に搭載した列車無線通信システムＺの概略構成図。
【図２】無線通信システムＺにおける前記無線クライアント（無線伝送手段）及び前記無線アクセスポイントの配置関係を表す図。
【図３】無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「初期ステータス」時の処理手順を表すフローチャート。
【図４】無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「切断ステータス」時の処理手順を表すフローチャート。
【図５】無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「接続ステータス」時の処理手順を表すフローチャート。
【図６】無線通信装置Ｘにおける車上ルータの「優先ステータス」時の処理手順を表すフローチャート。
【図７】無線通信装置Ｘにおける車上ルータが送受信する状態メッセージのデータフォーマットの一例を表す図。
【図８】無線通信装置Ｘにおける車上ルータが保持する状態データベースのフィールド構成の一例を表す図。
【符号の説明】
【００３１】
１…線路
２…列車
１０…端末
２０…無線クライアント（無線伝送手段）
２１…車上ルータ（ルータ）
２２…車上ラーニングブリッジ（ラーニングブリッジ）
３０…無線アクセスポイント
６０…列車ＬＡＮ（ネットワークセグメント）
７０…外部ネットワーク
Ｓ１，Ｓ２，，，…処理手順（ステップ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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