(57)【要約】【課題】低いエラーレート、短い遅延時間、高い通信効率（電波利用効率）の３つを同時に達成する車車間アドホックネットワークにおける無線通信方法を提供する。【解決手段】車車間通信のアドホックネットワークの経路形成方式において、通常時にはテーブル駆動方式、緊急時にフラッディング方式のハイブリッド構成をとることで、無駄なトラフィックを抑えつつ、フラッディング特有の低い遅延と高い信頼性を実現するととともに、通常モード通信用と緊急モード通信用との２周波数チャンネルを同時使用することで、緊急時のデータ転送遅延を最小に抑える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された無線端末同士が通信を行う車車間アドホックネットワークにおける無線通信方法において、
前記各無線端末が、通常時には、プロアクティブ方式で取得した経路情報に基づいて、隣接車両の前記無線端末に通常時用データを送信する通常モード通信を行い、緊急時には、前記通常モード通信を行いつつ、フラッディング方式で周辺車両の前記無線端末に緊急時用データを送信する緊急モード通信を行うことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記通常モード通信と前記緊急モード通信とで、使用する周波数帯域を異ならせることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
フラッディング方式で前記緊急モード通信を行う場合に、前記経路情報に基づいて緊急時用データの送信先を選別することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車車間アドホックネットワークにおける無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車車間通信（車両同士の通信）においては、各車両が移動することから、車両に搭載された無線端末同士が直接通信を行うアドホックネットワークが利用されている。アドホックネットワークでは、端末から端末へとマルチホップによりパケットが転送されるため、パケットの最適な転送経路を発見する経路形成（ルーティング）が行われている。
【０００３】
車車間の経路形成方式は、端末が常に電波を送出して、常時ルーティングテーブル（経路情報）を保持するプロアクティブ方式(OLSR: Optimized Link State Routing, TBRPF: Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding Routing Protocolなど)と、パケット送信の必要が生じたときに端末が電波を送出して、通信要求時にルーティングテーブルを作成するリアクティブ方式(DSR: Dynamic Source Routing, AODV: Ad hoc On Demand Distance Vectorなど)とに大別される。OLSRについては、下記非特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、２チャンネル・モバイル・アドホック・ネットワークを用いた車車間通信システムについて記載されたものに、下記非特許文献２がある。
【非特許文献１】クラウゼン（Clausen）、ジャケット（Jacquet）、“オプティマイズドリンクステートルーティングプロトコル（Optimized Link State Routing Protocol）”、［online］、２００３年１０月、ＲＦＣ３６２６、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.ietf.org/rfc/rfc3626.txt〉
【非特許文献１】デシルワ・ヒータカ・プラディープ・ルワンタ、川瀬悠、岩田彰、若山公威、梅田英和、「２チャンネル・モバイル・アドホック・ネットワークを用いた車車間通信システムの提案と検証」、情報処理学会研究報告、２００７年３月１日、ｐ．１６５−１７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、プロアクティブ方式では、一定周期で機械的に経路情報を交換するため、端末の実際の位置と経路情報とに誤差が発生する虞があり、車両の高速な移動に追随できず、通信のエラーレートが高くなってしまうという欠点があった。また、リアクティブ方式では、経路情報の更新は比較的高速かつ正確であるが、経路の確立処理が必要なため、遅延が大きくなってしまうという欠点があった。
【０００６】
そして、一般に両方式とも車両の高速移動に伴うエラーレートが高く、例えば急ブレーキの発生といった緊急情報を、周辺の全車両に遅延無く伝達することは、非常に困難であるという問題があった。
【０００７】
一方、周辺の車両にブロードキャストを連鎖させる従来のフラッディング方式を利用すれば、エラーレートの問題と遅延の問題は解決できるが、車両台数が増えると無駄な転送が多く発生し、通信効率が悪化するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解決するものであり、緊急時における通信のエラーレートと遅延とを低減可能であるとともに、通信効率（電波利用効率）を向上可能な、車車間アドホックネットワークにおける無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の無線通信方法は、車両に搭載された無線端末同士が通信を行う車車間アドホックネットワークにおける無線通信方法において、前記各無線端末が、通常時には、プロアクティブ方式で取得した経路情報に基づいて、隣接車両の前記無線端末に通常時用データを送信する通常モード通信を行い、緊急時には、前記通常モード通信を行いつつ、フラッディング方式で周辺車両の前記無線端末に緊急時用データを送信する緊急モード通信を行うことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記通常モード通信と前記緊急モード通信とで、使用する周波数帯域を異ならせることが好ましい。
【００１１】
さらに、フラッディング方式で前記緊急モード通信を行う場合に、前記経路情報に基づいて緊急時用データの送信先を選別することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の無線通信方法によれば、通常時には、プロアクティブ方式で取得した経路情報に基づいて、隣接車両の無線端末に通常時用データ（以下、「通常データ」という。）を送信するので、無駄なトラフィックが抑制され、通信効率を向上可能であるとともに、緊急時には、フラッディング方式で、周辺車両の無線端末に緊急時用データ（以下、「緊急データ」という。）を送信するので、緊急時における通信のエラーレートと遅延とを低減可能である。
【００１３】
すなわち、通常時（平常時）にはプロアクティブ方式(テーブル駆動方式又はTable-Driven方式ともいう。）、緊急時にはフラッディング方式のハイブリッド構成をとることで、無駄なトラフィックを抑えつつ、低い遅延と、高い信頼性を実現する。
【００１４】
また、通常モード通信と緊急モード通信とで、使用する周波数帯域を異ならせれば、データの衝突（コリジョン）を回避できるので、緊急時におけるデータのロス率を低減可能である。
【００１５】
また、ブロードキャストを用いたフラッディング方式で緊急モード通信を行う場合に、経路情報に基づいて緊急データの送信先を選別すれば、緊急時における無駄なトラフィックが更に抑制されるので、通信効率を更に向上可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本実施形態の無線方法を実行する車両には、それぞれ、無線端末が搭載されている。各無線端末は、車載コンピュータ又はカーナビゲーション装置等であり、ＣＰＵ等からなる制御装置や、その制御装置に接続された記憶装置及び無線装置（無線デバイス）等を備え、無線で互いに交信可能に構成されている。これらの端末は、車車間アドホックネットワークを構成する。なお、各無線端末は、例えば２つの無線装置を有すること等により、互いに干渉しない周波数帯域の２つのチャンネルを使用可能とされている。
【００１８】
各無線端末は、通常モード（定常モード）通信を常時行うとともに、緊急モード通信を緊急時に行う。なお、所定の緊急情報（例えば、急ブレーキを示す情報、他の車両の異常接近を示す情報等）が入力されたときを緊急時とする。
【００１９】
通常モード通信では、各無線端末は、常に電波を送出して常時経路情報を保持するプロアクティブ方式をとる。そして、プロアクティブ方式で取得した経路情報に基づいて、隣接車両の無線端末に通常データを送信する。プロアクティブ方式であるため通信のエラーレートは高いが、誤り訂正や再送制御によってこれを補うことが可能である。通常データには、経路情報が含まれている。
【００２０】
緊急モード通信では、各無線端末は、周辺車両に緊急情報を言わば洪水のように流すフラッディング方式をとる。フラッディング方式であるため、遅延もエラーレートも少ないが、無駄なトラフィックが多く、通信効率が悪い。そこで、通常モード通信において取得しておいた経路情報を利用することで、無駄な転送を省略して、通信効率を高め、同時に、経路情報を用いたユニキャストのフラッディングと、経路情報を用いないブロードキャストのフラッディングとのいずれか一方又は両方を、適宜用いることで、到達率を高める。
【００２１】
経路情報を利用することでフラッディングの通信効率を高める方法について、図１及び図２により説明する。図１の符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、図２の符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、無線端末が搭載された車両を示す。図１に示すように、車両Ａが緊急モード通信で緊急データをＣ、Ｄ、Ｅに送信したとすると、ＣがＢへ転送すれば、Ｄは転送を行なう必要がない。またＥもこれ以上転送の必要がない。従来はＤ、Ｅでも転送が発生していた。また、図２に示すように、車両Ａが緊急モード通信でＢ、Ｅに緊急データを通信すると、経路情報を利用することで、ＢとＣのみ再び転送を行なえば、すべての車両に緊急情報を通知できることが計算できる。従来ではすべての車両で転送が発生していたため、通信効率が悪かった。このように、フラッディング方式で緊急データを転送する際に、経路情報を利用して、必要な車両にのみ転送を行えば、通信効率を高めることが可能である。
【００２２】
また、上述したように、各無線端末は、互いに干渉しない周波数帯域の２つのチャンネルを利用可能であるので、制御用データ及び通常データを送信する通常モード通信用のチャンネルと、緊急データを送信する緊急モード通信用のチャンネルとを、別々のチャンネルとすることにより、通常モード通信と緊急モード通信とで互いに干渉しない無線周波数帯域を用いることとする。緊急時にはこれら２つのチャンネルを同時使用することとなるが、これら２つのチャンネルは互いに干渉しないので、緊急時の通信の衝突（コリジョン）を回避できて、低いエラーレートを実現可能であるとともに、緊急時のデータ転送遅延を抑制することが可能である。すなわち、図３に示すように、２周波数を用いることで緊急時のデータコリジョンを回避する。
【００２３】
以下、本実施形態をより具体的に説明する。
【００２４】
各車両の無線端末は、常時、通常モード通信として、周期的かつ非同期的にビーコン送信を行なっており、ビーコン送信によって、隣接車両を発見する。ここで言う隣接車両とは、１ホップで到達できる車両である。
【００２５】
このビーコンで送受信される情報には、経路表（経路情報）が含まれており、各無線端末は、隣接車両の発見と同時にその隣接車両と経路表の交換も行なっている。
【００２６】
経路表交換の最初のサイクルでは、隣接車両から送られてくる経路情報は、自車から見て2ホップ先（隣接の隣接）の経路表になる。また同時に相手車両も自車と同様に2ホップ先の経路表を形成している。
【００２７】
経路表交換の次のサイクルでは、相手からみて2ホップ先、自分からみて3ホップ先の経路表が送られてくる。このように交換サイクルを繰り返すことで、自車の経路表の範囲を拡大しながら、同時に隣接車両へその経路表を伝達していく。その結果、各車両は、どの車両からどの車両に１ホップでデータが到達するか等、車両同士の隣接関係を示す経路情報を持つこととなる。
【００２８】
ここで、ある車両に急ブレーキ等の緊急状態が発生し、その車両の無線装置に緊急情報が入力されると、その無線装置は緊急モードが起動し、通常モード通信とは異なる無線チャンネルで緊急データの送信を開始する。すなわち、緊急モード通信が開始される。緊急データを受信した他の車両の無線端末も、緊急モードが起動して、通常モード通信とは異なる無線チャンネルで、受信した緊急データを転送する。この緊急データの送信は、フラッディング方式で行われるため、緊急データは車両から車両へ次々と波及する。
【００２９】
フラッディング方式には次の２種類があり、本実施形態では、これらを併用することとする。
【００３０】
a.経路情報を用いた、車両間の１対１送達確認付きユニキャストを繰り返し適用することによるユニキャストベースのフラッディング
b.経路情報を用いず、１対多のブロードキャストを繰り返し適用することによるブロードキャストベースのフラッディング
上記aは車両間（1hop）の到達率が高いが、経路情報を必要とするため、経路情報の更
新が追いつかないことによるエラーが発生する。上記bは車両間（1hop）到達率は低いが
、経路情報を必要としないため、遅延が発生しない。なお、上記bにおける転送中のデータ欠落を抑えるため、データを複数回連続して送信するバースト転送もあわせて行なうことが好ましい。
【００３１】
上記bは、経路情報を使わず、データを受信すると単純に転送を規定回数だけ繰り返すものであり、Classical Floodingと呼ばれる。
【００３２】
なお、フラッディングとは、同一パケットを１つのノードから全てのノードへ配信することを言い、その基本的アルゴリズムは、次のようなものである。すなわち、送信元ノードは自分につながった全てのノードにパケットを送信し、そのパケットを受信した各ノードは、それぞれ、自分につながった全てのノードにそのパケットを送信し、さらに、そのパケットを受信した各ノードは、それぞれ、自分につながった全てのノードにそのパケットを送信し、というようにして、同一パケットを１つのノードから全てのノードへ配信する。但し、１度受信したパケットを再度受信したときは、そのパケットを破棄する。
【００３３】
また、本実施形態では、通常モード通信で取得した経路表を利用して、以下のルール(i)〜(iii)に従ってフラッディングの転送回数を必要最小限に抑え、輻輳を回避する。
【００３４】
(i)同じデータを２度以上受信したら、２度目以降は転送しない。そのため、各緊急データにユニークな識別子を付与し、各無線端末は、受信したデータの識別子を記憶しておく。
【００３５】
(ii)転送先の車両と送信元の車両との間で、自車を通る経路よりも短い（ホップ数が少ない）経路があるなら、その転送先の車両にはデータを転送しない。例えば、図２において、車両Ｂは、車両Ａからデータを受信した場合、Ａ−Ｂ−Ｅという経路よりもＡ−Ｅという経路の方が短いので、車両Ｅにはデータを転送しない。
【００３６】
(iii)緊急データ内に転送された車両の履歴を記録しておき、次に転送する相手が履歴の中にあるなら、転送済みなので、その相手には転送しない。
【００３７】
以上説明した本実施形態の無線通信方法によれば、通常時には、プロアクティブ方式で取得した経路情報に基づいて、隣接車両の無線端末に通常データを送信するので、無駄なトラフィックが抑制され、通信効率を向上可能であるとともに、緊急時には、フラッディング方式で、周辺車両の無線端末に緊急データを送信するので、緊急時における通信のエラーレートと遅延とを低減可能である。
【００３８】
図４及び図５に基づいて、本実施形態のように、プロアクティブ方式とフラッディング方式とを併用すれば、ロス率（到着不成功率）と遅延とを低減可能であることを説明する。
【００３９】
図４及び図５は、屋内において無線端末１６台でアドホックネットワークを構成し、各種プロトコルにおける経路発見時間とロス率とを計測した結果を示すものである。なお、各無線端末は、LinuxをＯＳとするパーソナル・コンピュータにIEEE802.11b規格の無線ＬＡＮ装置を搭載したものである。図４は、かかる１６台の無線端末からランダムに送信元と送信先とを１台ずつ選んで、その送信元から送信先までの経路の発見時間を計測した結果であり、図５は、同様に選んだ送信元から送信先までデータを送信し、さらに、送信先から送信元までデータを返信したときのロス率である。
【００４０】
図４及び図５において、横軸はプロコトルであり、１はAODV（リアクティブ方式）、２はOLSR（プロアクティブ方式）、３はDECENTRA（商標又は登録商標）（ハイブリッド方式）、４はプロアクティブとフラッディングとの併用（本発明の方式）を示す。なお、DECENTRAは、on-demand型とtable-driven型とを組み合わせたハイブリッドタイプの経路制御方式として、スカイリーネットワークス社が提供するものである。
【００４１】
図４からは、１のリアクティブ方式は新しい経路の発見時間が短く、反対に２のプロアクティブ方式は新しい経路の発見時間が長いことが分かる。また、図５からは、１のリアクティブ方式は、ブロードキャストベースの経路発見であり、安定したリンクを発見しにくいため、ロス率が高い傾向にあるが、２のプロアクティブ方式は、経路表を予め形成するため、比較的安定した通信が可能であることが分かる。なお、この計測では、各無線端末の移動が無いため、プロアクティブ方式の方がリアクティブ方式よりもロス率が低くなっている。
【００４２】
そして、図４及び図５から、４のプロアクティブとフラッディングとを併用した方式であれば、両者の利点を兼ね備えており、経路発見時間が短く（すなわち、遅延が少なく）、しかも、ロス率が小さい、延いてはエラーレートが低い経路制御を実現可能であることが分かる。
【００４３】
また、通常モード通信と緊急モード通信とで、使用する周波数帯域を異ならせれば、データの衝突（コリジョン）を回避できるので、データのロス率を低減可能である結果、緊急時における通信のエラーレートと遅延とを更に低減可能である。
【００４４】
図６〜８に基づいて、通常モード通信と緊急モード通信とで、使用する周波数帯域を異ならせれば、データのコリジョンを防止でき、データのロス率を低減可能であることを説明する。
【００４５】
図６に示すように、無線端末からなるノードＡ、Ｂ、Ｃを屋内に、同じく無線端末からなるノードＤを屋外に配置して、アドホックネットワークを構成した。各無線端末は、LinuxをＯＳとするパーソナル・コンピュータであり、２つの無線ＬＡＮ装置を備えており、互いに干渉しない周波数帯域の２つのチャンネル（ここでは、無線ＬＡＮチャンネルの３ｃｈ（チャンネル）と９ｃｈ）を使用可能である。なお、壁等の障害物により、ノードＡ、Ｂ間、ノードＢ、Ｃ間、及び、ノードＣ、Ｄ間でしか通信できないようにされている。かかるアドホックネットワークにおいて、次のように通常モード通信と緊急モード通信とを同時に行って、パケットコリジョンを計測した。
【００４６】
通常モード通信として、ノードＡからＤまで順に、1024バイトのデータをビーコン送信で送信した。なお、ビーコンの間隔を、1000ｍｓ、500ｍｓ、200ｍｓ、100ｍｓとしたそれぞれの場合について調べた。
【００４７】
一方、緊急モード通信として、ノードＡからＤまで順に、1024バイトの緊急データを、２秒間隔で100回流すブロードキャストベースのフラッディングを行った。なお、このブロードキャストベースのフラッディングでは、経路情報を用いず、受信可能なノード全てに送信するが、上述したように、実際には、ノードＡ、Ｂ間、ノードＢ、Ｃ間、及び、ノードＣ、Ｄ間でしかデータの送受信は行われない。
【００４８】
図７は、通常モード通信を３ｃｈで、緊急モード通信を９ｃｈで行った場合の緊急データのロス率（すなわち、緊急データの到着不成功率）を示し、図８は、通常モード通信と緊急モード通信とをいずれも３ｃｈで行った場合の緊急データのロス率を示す。横軸はノードＡからのホップ数であり、ホップ数１、２、３はそれぞれノードＢ、Ｃ、Ｄに該当する。例えば、ホップ数１でのロス率とは、ノードＢにおけるロス率となる。また、Adv,Refresh rate=1000msとは、Advertise-rateとRefresh-rateがそれぞれ1000ｍｓの場合、すなわち、ビーコンの間隔が1000ｍｓの場合を示し、同様に、Adv,Refresh rate=500ms、200ｍｓ、100ｍｓとは、それぞれ、ビーコンの間隔が500ms、200ｍｓ、100ｍｓの場合を示す。図７及び図８から、通常モード通信と緊急モード通信とでチャンネルを分けることにより、全体としてロス率を低減可能であることが分かる。すなわち、通常モード通信と緊急モード通信とで、使用する周波数帯域を異ならせれば、データのコリジョンを防止でき、データのロス率を低減可能である。
【００４９】
また、ブロードキャストを用いたフラッディング方式で緊急モード通信を行う場合に、例えば上記(i)〜(iii)のように、経路情報に基づいて緊急データの送信先を選別すれば、緊急時における無駄なトラフィックが更に抑制されるので、通信効率を更に向上可能である。
【００５０】
これらのことから、本実施形態の無線通信方法では、従来の方法では達成が難しかった以下の点を実現できる。
（１）ロス率を低減させること
（２）遅延時間を低くすること
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】経路情報の転送を示す図である。
【図２】経路情報の転送を示す図である。
【図３】２周波数を用いることで緊急モードのデータコリジョンを回避する場合の説明図である。
【図４】経路発見時間を示すグラフである。
【図５】ロス率を示すグラフである。
【図６】無線端末からなる各ノードの配置図である。
【図７】通常モード通信と緊急モード通信とを異なる周波数で行った場合の緊急データのロス率を示す図である。
【図８】通常モード通信と緊急モード通信とを同じ周波数で行った場合の緊急データのロス率を示す図である。
【図１】
2007306547.tif 000002
【図２】
2007306547.tif 000003
【図３】
2007306547.tif 000004
【図４】
2007306547.tif 000005
【図５】
2007306547.tif 000006
【図６】
2007306547.tif 000007
【図７】
2007306547.tif 000008
【図８】
2007306547.tif 000009