(57)【要約】【課題】  通信を行う車両間の距離が長くなる場合においても車両間の通信を可能にする車両間無線通信装置を提供する。【解決手段】  アンテナ３Ｆおよび３Ｒは、車両の前方方向および後方方向に強い指向性を有する。送信部２３，２５および受信部２４，２６は、アンテナ３Ｆまたは３Ｒを介して車両の前後の他の通信ノードとの間でパケットの送受信を行う。制御部２０は、車両間無線通信装置２をアドホック無線ネットワークの通信ノードとして機能させるための制御を行う手段であり、パケットの受信処理、送信処理および受信部を介して受信された他の通信ノード宛のパケットの中継処理を制御する。【選択図】      図２
2007088689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する複数の車両の各々に設けられ、通信ノードとなって他の車両の通信ノードと無線通信を行う車両間無線通信装置において、
車両の前方方向および後方方向に強い指向性を有するアンテナと、
前記アンテナを介して他の通信ノードとの間でパケットの送受信を行う送受信手段と、
当該車両間無線通信装置をアドホック無線ネットワークの通信ノードとして機能させるための制御を行う手段であり、当該無線通信装置を宛先とするパケットを前記送受信手段を介して受信する受信処理、他の通信ノード宛のパケットを前記送受信手段を介して送信する送信処理および前記送受信手段を介して受信された他の通信ノード宛のパケットを前記送受信手段により送信する中継処理を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする車両間無線通信装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
当該車両間無線通信装置の近傍の通信ノードに対し、当該車両間無線通信装置を経由して流れるパケットの経路上において下流側の最近傍の通信ノードの指定を伴う同報要求を前記送受信手段により送信する同報要求手段と、
通信ノードの指定を伴う同報要求が前記送受信手段を介して受信された場合に、前記送受信手段を介して受信されたパケットを、本来の転送先の通信ノードと前記同報要求により指定された通信ノードの両方に前記送受信手段により送信する同報手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の車両間無線通信装置。
【請求項３】
前記アンテナは、指向性の制御が可能なアンテナであり、
前記制御手段は、前記車両の回転に応じて、前記アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の車両間無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動二輪車などの車両に搭載され、他の車両との間で無線通信を行う車両間無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
隊列をなして走行する複数の車両に無線通信装置を搭載し、各無線通信装置間で無線通信を行えるようにした車両間通信システムがある。特許文献１は、この種の車両間無線通信システムとして、隊列を構成する車両の位置関係に応じて、各車両の無線通信装置の通信タイミングを指示する同期信号の発生の主導権を決定するものを開示している。この車両間無線通信システムは、隊列内での車両の配列順序の変更や車両の離合集散等にフレキシブルに対応することができるという利点がある。
【特許文献１】特開平８−１６３０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来の車両間通信システムは、複数の車両からなる隊列が長くなった場合に隊列の先頭付近の車両と最後尾付近の車両との間の無線通信が不可能になることがあるという問題があった。また、隊列内において車両の順序の入れ替えがあり、その結果として無線通信を行っている２台の車両間の距離が長くなり、車両間の無線通信が不可能になることもある。このような不都合をなくすためには、各車両の無線通信装置の送信電力を大きくし、通信可能距離を延ばす必要がある。しかし、無線通信装置の送信電力を大きくすると、各車両のバッテリを消耗し、その寿命を短くしてしまうという問題がある。
【０００４】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、通信を行う車両間の距離が長くなる場合においても車両間の通信を可能にする車両間無線通信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、走行する複数の車両の各々に設けられ、通信ノードとなって他の車両の通信ノードと無線通信を行う車両間無線通信装置において、車両の前方方向および後方方向に強い指向性を有するアンテナと、前記アンテナを介して他の通信ノードとの間でパケットの送受信を行う送受信手段と、当該車両間無線通信装置をアドホック無線ネットワークの通信ノードとして機能させるための制御を行う手段であり、当該無線通信装置を宛先とするパケットを前記送受信手段を介して受信する受信処理、他の通信ノード宛のパケットを前記送受信手段を介して送信する送信処理および前記送受信手段を介して受信された他の通信ノード宛のパケットを前記送受信手段により送信する中継処理を制御する制御手段とを具備することを特徴とする車両間無線通信装置を提供する。
かかる車両間無線通信装置によれば、隊列をなして走行する各車両の車両間無線通信装置は、アドホック無線ネットワークの通信ノードとして機能する。従って、各車両間無線通信装置は、１または複数の通信ノードを中継ノードとし、離れて位置する他の通信ノードにパケットを送信することができる。また、各車両間無線通信装置のアンテナは、車両の前後方向に強い指向性を有しているので、送信電力が低い場合であっても、車両の前後方向の比較的遠距離の通信ノードとの無線通信が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
この発明の一実施形態である車両間通信システムは、隊列をなして走行する複数台の自動二輪車（以下、単に「車両」という。）に設けられた無線通信装置が各々アドホック無線ネットワークの通信ノードとなり、同ネットワークの他の通信ノードとの間で無線パケット通信を行うものである。図１は本実施形態において通信ノードとなる装置を搭載した車両５とこの車両５の運転者が装着するヘルメット４を示している。図１において、ヘルメット４には、短距離無線通信装置１が設けられており、車両５には車両間無線通信装置２が設けられている。ここで、短距離無線通信装置１は、ヘルメット４を装着した運転者との間で音声の授受を行う機能を有している。また、短距離無線通信装置１は、車両間無線通信装置２と双方向の短距離無線通信を行う機能を備えている。車両５の前部には車両５の前方方向に強い指向性を有する前方アンテナ３Ｆが設けられており、車両５の後部には車両５の後方方向に強い指向性を有する後方アンテナ３Ｒが設けられている。車両間無線通信装置２は、これらのアンテナ３Ｆおよび３Ｒを用いて車両５の前方方向および後方方向の他の車両の車両間無線通信装置２と無線通信を行う機能を備えている。ただし、前方アンテナ３Ｆおよび後方アンテナ３Ｒは、微弱ではあるが、車両５の左右方向にも送信能力および受信能力を有している。従って、車両間無線通信装置２は、短距離であれば、側方の車両の車両間無線通信装置２と無線通信を行うことも可能である。
【０００７】
図２は短距離無線通信装置１および車両間無線通信装置２の電気的な構成を示すブロック図である。短距離無線通信装置１は、送信部１１と、受信部１２と、マイク１３と、左右のスピーカ１４Ｌおよび１４Ｒと、アンテナ１５とを有している。ここで、マイク１３はヘルメット４（図１参照）の前面下方の位置に固定されており、運転者の発する音声を収音し、音声信号を出力する。送信部１１は、この音声信号をキャリアに載せ、アンテナ１５から送信する。スピーカ１４Ｌおよび１４Ｒは、ヘルメット４において運転者の左右の耳に対向する位置に固定されている。受信部１２は、アンテナ１５により受信される信号から音声信号を復調し、スピーカ１４Ｌおよび１４Ｒに供給する。
【０００８】
次に車両間無線通信装置２について説明する。送信部２１および受信部２２は、アンテナ２９を介して短距離無線通信装置１との間で信号の授受を行う装置である。送信部２３および受信部２４は、前方アンテナ３Ｆを介して他の車両の車両間無線通信装置２との間で無線パケット通信を行う装置である。また、送信部２５および受信部２６は、後方アンテナ３Ｒを介して他の車両の車両間無線通信装置２との間で無線パケット通信を行う装置である。制御部２０は、車両間無線通信装置２の各部の制御を行う装置であり、ＣＰＵと、このＣＰＵが実行するプログラムを記憶するＲＯＭと、ＣＰＵによりワークエリアとして使用されるＲＡＭ等により構成されている。この制御部２０により行わせる制御のうち主要なものを挙げると次の通りである。
【０００９】
ａ．車両間無線通信装置２を送信ノードとして機能させるための制御（送信処理の制御）
車両５の運転者が他の運転者と通話を行う場合、制御部２０は、受信部２２により短距離無線通信装置１から受信される音声情報をペイロード部とし、これに対し、車両間無線通信装置２に与えられたＩＤを発信者ＩＤとして含み、かつ、宛先である車両間無線通信装置２のＩＤを宛先ＩＤとして含むヘッダを付加してパケットを構成し、このパケットを送信部２３および２５により車両５の前方および後方に送信する。
【００１０】
ｂ．車両間無線通信装置２を受信ノードとして機能させるための制御（受信処理の制御）
受信部２４または２６によりパケットが受信され、そのパケットのヘッダ内の宛先ＩＤが車両間無線通信装置２のＩＤである場合、制御部２０は、そのパケットのペイロード部から音声情報を取り出し、この音声情報を送信部２１により短距離無線通信装置１に送信する。
【００１１】
ｃ．車両間無線通信装置２を中継ノードとして機能させるための制御（中継処理の制御）
制御部２０は、ＲＡＭ内に経路テーブルを記憶している。この経路テーブルは、任意の送信ノードからアドホック無線ネットワークに送出されたパケットがその宛先ＩＤにより指定される受信ノードに適切に中継されるように、各通信ノードに記憶されるテーブルであり、各種の宛先ＩＤ毎に、その宛先ＩＤを持ったパケットが受信された場合にそのパケットを転送すべき他の通信ノード（車両間無線通信装置２）のＩＤ（以下、転送先ＩＤ）を定義している。制御部２０は、受信部２４または２６によりパケットが受信され、そのパケットのヘッダ内の宛先ＩＤに対応付けられた転送先ＩＤが経路テーブルに定義されているか否かを判断し、該当する転送先ＩＤが記憶されている場合には、送信部２３および２５により、その転送先ＩＤ宛に受信パケットを転送する。
【００１２】
各通信ノードは、このような制御に用いる経路テーブルを、アドホック無線ネットワークに関して提案されている公知のプロトコルにより取得可能である。この種のプロトコルとして、常時把握方式またはプロアクティブ方式と呼ばれるものと、オンデマンド方式またはリアクティブ方式と呼ばれるものとがある。前者のプロトコルでは、通信の有無に関係なく、各通信ノードが定期的に経路制御のための情報を交換し、経路テーブルをネットワーク構成に対応したものに更新する。後者のプロトコルでは、通信が行われるときに、それに先立って、関係する通信ノードに経路テーブルを設定する。後者の代表的なプロトコルとして、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）のＭＡＮＥＴ ＷＧ（Mobile
Ad hoc NETwork Working Group）において提案されているＡＯＤＶ（Ad hoc
On-demand Distance Vector）プロトコルがある。このＡＯＤＶプロトコルでは、送信ノードから受信ノードに対して経路要求メッセージを送信し、受信ノードから送信ノードに経路返答メッセージを送信することにより、関係する各通信ノードに経路テーブルを設定する。
【００１３】
ｄ．通信品質の低下に応じてシステム内のパケットの送信形態を切り換えるための制御
車両５とその前方方向の最初の他の車両との距離が長くなると、前方方向へのパケットの送信または中継が困難になる。車両５とその後方方向の最初の他の車両との距離が長くなった場合も同様である。また、前方アンテナ３Ｆは前方方向に強い指向性を有し、後方アンテナ３Ｒは後方方向に強い指向性を有するため、車両がカーブに入り、前方の車両の位置が斜め前方にずれたり、後方の車両の位置が斜め後方にずれた場合にも、前方または後方へのパケットの送信または中継が困難になる。これらの場合に制御部２０は、関係する各通信ノードにパケットの同報送信を行わせるための制御を行う。すなわち、車両間無線通信装置２を経由して流れるパケットの経路上において当該車両間無線通信装置２の上流側の最近傍の１または複数の通信ノードに対して、当該車両間無線通信装置の下流側の最近傍の通信ノード（送信または中継が困難になったパケットの送り先）の指定を伴う同報要求を送信部２３または２５により送信する同報要求処理を実行するのである。
【００１４】
同報要求の送信の契機に関しては、２つの態様が考えられる。第１の態様において、制御部２０は、車両５に設けられた所定のボタンが押下されたときに同報要求を送信する。第２の態様において、制御部２０は、送信したパケットについて受領応答Ａｃｋが送信先から受信されるか否かを監視し、所定パケット数だけ連続して受領応答Ａｃｋが受信されなくなったときに同報要求を送信する。第１または第２の態様により同報要求の送信を行った後、前方または後方の車両との間の通信状態が良好な状態に戻った場合には、もはや同報送信を行う必要はない。この場合、制御部２０は、パケット送信の形態を元に戻す旨を指示する同報解除要求を載せたパケットを送信部２３および２５により関係する近隣通信ノードに送信する。
【００１５】
制御部２０は、以上説明した同報要求を他の通信ノードから受信する場合がある。その場合、制御部２０は、以後、受信されるパケットを、送信部２３または２５により、経路テーブルにより決定される転送先の通信ノードと、同報要求により指定された通信ノードの両方にマルチキャストする。また、同報解除要求が受信された場合は、以後、パケットの送信形態を元のユニキャストに戻す。
【００１６】
次に本実施形態の特徴的な動作例を説明する。図３および図４において、５−Ａ、５−Ｂ、５−Ｃ、５−Ｄは、各々車両であり、これらにはＩＤが各々Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄである車両間無線通信装置２が各々設けられている。
【００１７】
図３に示す例では、車両５−Ａよりも後方に位置する通信ノード（図示略）が車両５−Ｄよりも前方に位置する通信ノード（図示略）に宛ててパケットを送っており、車両５−Ａ、５−Ｂ、５−Ｃ、５−Ｄの各車両間無線通信装置２が車両の進行方向と同一方向にパケットの中継を行っている。ここで、各車両間無線通信装置２の前方アンテナ３Ｆおよび後方アンテナ３Ｒは車両の前方方向の指向性および後方方向の指向性が強い。このため、車両間の距離が多少長くなっても、図示のように、各車両は、後続の車両の車両間無線通信装置２の通信可能圏４１内に収まり、各車両の車両間無線通信装置２は後続の車両の車両間無線通信装置２からパケットを受信することができる。
【００１８】
図４に示す例では、車両５−Ｄよりも前方に位置する車両（図示略）に搭載された車両間無線通信装置２が車両５−Ａよりも後方に位置する車両（図示略）に宛ててパケットを送っており、車両５−Ｄ、５−Ｃ、５−Ｂ、５−Ａの各車両間無線通信装置２が車両の進行方向と逆方向にパケットの中継を行っている。この場合も、図４に示す例と同様であり、各車両は、先行の車両の車両間無線通信装置２の通信可能圏４２内に収まり、各車両の車両間無線通信装置２は先行する車両の車両間無線通信装置２からパケットを受信することができる。
【００１９】
図５および図６は、通信品質の劣化に応じてパケットの同報送信が行われる動作例を示している。図３に示した例と同様、図５に示す例では、車両５−Ａよりも後方に位置する通信ノードが車両５−Ｄよりも前方に位置し、かつ、ＩＤがＹである通信ノードに宛ててパケットを送っている。ここで、車両５−Ａの車両間無線通信装置２の経路テーブルでは宛先ＩＤ＝Ｙに対応付けて転送先ＩＤ＝Ｂが定義されており、車両５−Ｂの車両間無線通信装置２の経路テーブルでは宛先ＩＤ＝Ｙに対応付けて転送先ＩＤ＝Ｃが定義されている。以下同様であり、受信ノードに至るまでの各車両の車両間無線通信装置２の経路テーブルでは、その車両の進行方向前方の最近傍の車両の車両間無線通信装置２のＩＤが宛先ＩＤ＝Ｙに対応した転送先ＩＤとして定義されている。このため、宛先ＩＤがＹであるパケットは、車両５−Ａ、５−Ｂ、５−Ｃ、５−Ｄの各車両間無線通信装置２により車両の進行方向と同一方向に中継される。
【００２０】
ところが、図５に示す例では、車両５−Ｃからパケットを送っているにも拘わらず、それに対する受領応答Ａｃｋが車両５−Ｄから車両５−Ｃに返ってこなくなった。このため、車両５−Ｃの車両間無線通信装置２の制御部２０は、パケットの流れの上流側の最近傍の所定数の通信ノード、すなわち、この例では車両５−Ｂおよび５−Ａの各車両間無線通信装置２に対し、下流側の最近傍の通信ノードである車両５−Ｄの車両間無線通信装置２のＩＤ（＝Ｄ）の指定を伴う同報要求のパケットを送信部２３および２５によりマルチキャストする。なお、送信部２３および２５の両方により同報要求を送信するのは、隊列の順序の入れ替わりがあった場合でも、パケットが車両５−Ｂおよび５−Ａの各車両間無線通信装置２に届くようにするためである。
【００２１】
図６は、この同報要求の送信後における各通信ノード間のパケットの送信状況を示している。まず、同報要求を受け取った車両５−Ａの車両間無線通信装置２は、以後、経路テーブルによると転送先ＩＤがＢとなるパケット（例えば宛先ＩＤがＹであるパケット）を受信した場合、そのパケットを、送信部２３および２５により、転送先である車両５−Ｂの車両間無線通信装置２と同報要求により指定された車両５−Ｄの車両間無線通信装置２にマルチキャストする。また、同じく同報要求を受け取った車両５−Ｂの車両間無線通信装置２は、以後、経路テーブルによると転送先ＩＤがＣとなるパケット（例えば宛先ＩＤがＹであるパケット）を受信した場合、そのパケットを、送信部２３および２５により、転送先である車両５−Ｃの車両間無線通信装置２と同報要求により指定された車両５−Ｄの車両間無線通信装置２にマルチキャストする。そして、車両５−Ｃの車両間無線通信装置２は、車両５−Ｂの車両間無線通信装置２から受け取った宛先ＩＤがＹであるパケットを車両５−Ｄの車両間無線通信装置２に送信する。
【００２２】
以上のようにして、同報要求の送信後、宛先ＩＤがＹであるパケットは、車両５−Ａ、５−Ｂ、５−Ｃの各車両間無線通信装置２から車両５−Ｄの車両間無線通信装置２に送信される。車両５−Ｄの車両間無線通信装置２は、車両５−Ａ、５−Ｂ、５−Ｃのいずれかの車両間無線通信装置２との間の通信状態が良好であれば、その車両間無線通信装置２から宛先ＩＤ＝Ｙのパケットを受信し、下流側の通信ノードに向けて送信することができる。そして、宛先ノードに至るまでの各ノード間の通信状態が良好であれば、車両５−Ｄの車両間無線通信装置２によって送信されたパケットは宛先ノードに到達することとなる。
【００２３】
その後、車両５−Ｃと車両５−Ｄとの間の通信状態が良好な状態に戻った場合、車両５−Ｃの車両間無線通信装置２の制御部２０は、パケット送信の形態を元に戻す旨を指示する同報解除要求を載せたパケットを送信部２３および２５により車両５−Ａ、５−Ｂの車両間無線通信装置２にマルチキャストする。これにより車両５−Ａ、５−Ｂの車両間無線通信装置２は、パケット送信の形態を元のユニキャストに戻す。
【００２４】
以上、パケットの流れの方向は車両進行方向と同一方向である場合を例に説明したが、パケットの流れの方向が車両進行方向と逆方向である場合も同様な制御が行われる。すなわち、パケットの流れが車両進行方向と逆方向である場合、車両間無線通信装置２は、後方の車両に送ったパケットについて後方の車両から受領応答Ａｃｋが返ってこない場合に、前方の近隣車両に対し、同報要求をマルチキャストし、パケットの同報送信を行わせるのである。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、隊列をなして走行する各車両の車両間無線通信装置２は、アドホック無線ネットワークの通信ノードとして機能する。従って、各車両間無線通信装置２は、１または複数の他の車両間無線通信装置２を中継ノードとし、離れて位置する宛先の通信ノードにパケットを送信することができる。また、各車両間無線通信装置２のアンテナ３Ｆおよび３Ｒは、車両の前後方向に強い指向性を有しているので、送信電力が低い場合であっても、車両の前後方向の比較的遠距離の通信ノードとの無線通信が可能である。また、本実施形態によれば、ある車両間無線通信装置２が下流側の通信ノードにパケットが届かないのを検知した場合に、近傍の車両間無線通信装置２に同報要求を送り、これにより複数の車両間無線通信装置２が当該下流側の通信ノードに対して同一パケットを送信する。このため、当該下流側の通信ノードにパケットが届く可能性が増し、パケットの受信エラーに対する耐性を高めることができる。
【００２６】
なお、上記実施形態では、車両間無線通信装置２は、パケットの流れの下流側の通信ノードとの間の通信状態の劣化を検知した場合に、上流側の所定数の通信ノードに同報要求を送ったが、宛先を特定せず、アンテナ３Ｆおよび３Ｒの両方を使用し、通信圏内の通信ノードに同報要求を送ってもよい。
【００２７】
次に図７を参照し、この発明の他の実施形態を説明する。上記実施形態では、前方アンテナ３Ｆとして前方方向の指向性が強いアンテナを用い、後方アンテナ３Ｒとして後方方向の指向性が強いアンテナを用いた。このため、各車両が一直線状に隊列をなして走行する場合には、パケットの遠達性を高めることができる。しかし、車両がカーブに入ると、前方の車両の位置が斜め前方にずれて通信可能圏から外れ、あるいは後方の車両の位置が斜め後方にずれて通信可能圏から外れ、これによりパケット通信が失敗に終わるといった事態が起こりうる。このような事態に対応するため、本実施形態では、前方アンテナ３Ｆおよび後方アンテナ３Ｒとして、図７（ａ）に示す指向性パターンまたは図７（ｂ）に示す指向性パターンの選択が可能なアンテナを用いる。そして、車両間無線通信装置２の制御部２０は、車両５が進行方向に向かって右方向または左方向に回転する速度（ヨーレート）を検出するヨーレートセンサの出力信号を監視する。車両５が回転しておらず、ヨーレートセンサの出力信号から車両５が直線走行していると判断したとき、制御部２０は、前方アンテナ３Ｆおよび後方アンテナ３Ｒの指向性パターンを図７（ａ）に示すように車両５の前後方向の指向性が強いパターンにする。そして、車両が回転しており、ヨーレートセンサの出力信号から車両５がカーブを描いて走行していると判断したとき、制御部２０は、前方アンテナ３Ｆおよび後方アンテナ３Ｒの指向性パターンを、図７（ｂ）に示すように広い方位角範囲に亙って適度な送信能力および受信感度を有する指向性パターンにする。そして、ヨーレートセンサの出力信号から車両５が直線走行状態に戻ったと判断したとき、制御部２０は、前方アンテナ３Ｆおよび後方アンテナ３Ｒの指向性パターンを再び図７（ａ）に示す指向性パターンに戻す。
本実施形態によれば、以上のように直線走行かカーブ走行かによりアンテナの指向性を切り換えるので、少ない制御負担で、直線走行時におけるパケットの遠達性の向上と、カーブ走行時におけるパケット通信エラーの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施形態である車両間通信システムにおいて車両間無線通信のために車両およびヘルメットに実装された装置を示す図である。
【図２】同システムにおける短距離無線通信装置および車両間無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】同システムにおいて各通信ノード間で行われるパケット転送の例を示す図である。
【図４】同システムにおいて各通信ノード間で行われるパケット転送の他の例を示す図である。
【図５】同システムにおいてパケットの同報送信が行われる状況の例を示す図である。
【図６】同システムにおいて行われるパケットの同報送信の例を示す図である。
【図７】この発明の他の実施形態において用いられるアンテナの指向性パターンを例示する図である。
【符号の説明】
【００２９】
５……車両、２……車両間無線通信装置、３Ｆ……前方アンテナ、３Ｒ……後方アンテナ、２０……制御部、２３，２５……送信部、２４，２６……受信部。
【図１】
2007088689.tif 000003
【図２】
2007088689.tif 000004
【図３】
2007088689.tif 000005
【図４】
2007088689.tif 000006
【図５】
2007088689.tif 000007
【図６】
2007088689.tif 000008
【図７】
2007088689.tif 000009