JP5389070B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は無線通信装置に関する。

移動を伴う物体を制御するために、移動体と無線通信を行い制御するシステムとして、列車保安システムやＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）といったシステムが挙げられる。これらのシステムでは、地上側に固定の設備をおき、その固定設備から移動体に対して無線通信を行う。移動体は、移動に伴い通信先の地上側の固定設備を切り替えて通信を行うが、この通信の接続先の切り替えであるハンドオーバーを滞りなく短時間で行うために、どのように行うかということが問題として挙げられている。円滑にハンドオーバーを行えず通信の接続先の切り替えが出来なかった場合、地上側の固定設備と移動体の通信が途切れてしまうからである。これを解決するために例えば、ＩＴＳにおいてｍｏｂｉｌｅ ＩＰを用いずにＩＰ通信が可能な通信システムを実現している技術がある。

特開２００２−３６９２３９号公報

しかし上記した従来技術の通信システムでは、地上側の固定設備の切り替えの問題のみに着目していて、ハンドオーバー確立後の実際のデータのやり取りの問題については言及していない。無線通信を用いることから、有線通信と異なり通信が瞬断する場合が多く発生するので、通信経路の冗長性を確保することも重要である。

本発明が解決しようとする課題は、通信経路の冗長性を確保しながら、円滑にハンドオーバーを行う無線通信装置を提供することである。

実施形態によれば、移動体に搭載される無線通信装置であり、取得部と、リンク制御部と、送信部とを含む。取得部は自身の位置情報を取得する。リンク制御部は、単一の通信相手との通信リンクを自身からの無線通信によって確立可能な、固定体に搭載される無線装置との間で、通信リンクを制御する。送信部は、前記位置情報を前記無線装置に送信する。またリンク制御部は、複数の無線装置と同時に通信リンクを確立することが可能である。

第１の実施形態のネットワークトポロジ（１つの拠点装置と列車が通信を行う場合）を示す図。 第１の実施形態の車上装置を示す図。 第１の実施形態の地上装置を示す図。 第１の実施形態の拠点装置を示す図。 第１の実施形態の各装置間の情報のやり取りを示すシーケンス図。 第２の実施形態のネットワークトポロジ（２つの拠点装置と列車が通信を行う場合）を示す図。 第３の実施形態のネットワークトポロジを示す図。 第３の実施形態での、自動車移動後のネットワークトポロジを示す図。 第３の実施形態の拠点装置１の管理テーブルを示す図。 第３の実施形態の、自動車移動後の拠点装置１の管理テーブルを示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線通信装置及び無線装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
実施形態では特に移動体の制御を行う列車保安システムやＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に関して説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、１つの拠点装置１２１と１つの車上装置１０１が通信を行う場合について説明する。
本実施形態では、無線としてＩＥＥＥ８０２．１１を用いる列車保安システムを例として説明を行う。図１Ａに、第１の実施形態での無線通信システムのネットワークトポロジを示す。本ネットワークは拠点装置１ １２１、拠点装置２ １２２、地上装置１ １１１から地上装置４ １１４まで、列車、列車に搭載される車上装置１０１を含む、無線有線混在のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークである。拠点装置１２１、１２２と地上装置１１１−１１４は地上側に敷設される地上設備となり、拠点装置１２１、１２２と地上装置１１１−１１４との間は互いに通信可能なようにイーサネット（登録商標）を用いる有線網で例えば図１Ａのように接続されている。１つの拠点装置に対して１つ以上の地上装置が接続され、車上装置数よりも地上装置数の方が多い構成となっている。なおここでは、車上装置を無線通信装置と呼び、地上装置を無線装置と呼ぶことがある。

拠点装置１２１、１２２は、列車に搭載される車上装置１０１から送信される位置情報から、各列車の位置を把握する。拠点装置１２１、１２２は、位置把握後に、地上装置１１１−１１４を介し各列車に対して列車がどこまで移動してよいかという列車の制御情報の送信を行う役割を担う。拠点装置１２１、１２２はそれぞれ、列車の進行方向に関して前方及び後方に位置している複数の地上装置に接続している少なくとも２つの拠点装置と通信を行っている。拠点装置１２１、１２２はそれぞれ、この通信を行っている少なくとも２つの拠点装置が認識している列車の位置情報も保持している。したがって、拠点装置１２１または１２２は、車上装置１０１と地上装置を介して通信する以前から車上装置１０１の位置を知っていることになる。拠点装置１２１、１２２は、列車の進行方向に関して隣接している。また拠点装置１２１、１２２は、どの地上装置がどの列車と通信可能かどうかを拠点装置が把握するため、地上装置と車上装置との接続情報を地上装置から取得する。

地上装置１１１−１１４は、線路に沿って敷設され、車上装置１０１と無線で通信を行い、拠点装置１２１、１２２と有線で通信を行うので、有線ネットワークと無線ネットワークをブリッジする機能を持つ。地上装置１１１−１１４は、車上装置１０１との無線通信用に、ＩＥＥＥ８０２．１１準拠のＳＴＡ機能を持つ無線モジュールを搭載している。ＩＥＥＥ８０２．１１は、端末が１つの基地局のみと通信が出来ないという特徴を有しているので、実施形態で効果が得られる最適な通信方式である。

地上装置１１１−１１４と車上装置１０１との通信リンク確立及び切断は、地上装置１１１−１１４が自発的、もしくは属している拠点装置１２１、１２２から地上装置１１１−１１４に対する指示により、地上装置１１１−１１４に対してＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎフレームやＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔフレームの送信を行うことで開始される。通信リンク確立後に、地上装置と車上装置１０１との間の通信が可能となる。また、地上装置１１１−１１４それぞれは同時に単一の車上装置１０１とのみ通信を行う。

列車は、自身の位置情報を取得する取得部と、自身の位置情報の送信及び拠点装置からの制御情報を受信する車上装置１０１を搭載し、車上装置１０１が受信する拠点装置からの制御情報に従って列車の制御が行われる。取得部は車上装置１０１に搭載されていてもよい。拠点装置からの制御情報を一定時間受信出来ない場合、フェイルセーフの動作として、列車の移動を停止する。

車上装置１０１は、列車に搭載され、拠点装置１２１または１２２に対し地上装置を介して自身の位置情報の送信を行い、拠点装置１２１、１２２から送信される自身への制御情報を受信する役割を持つ。車上装置１０１は、ＩＥＥＥ８０２．１１準拠のＡＰ機能を持つ無線モジュールを搭載し、地上装置１１１−１１４のいずれかからの要求により通信リンクを確立することで、地上装置との無線通信が可能となり、拠点装置１２１または１２２と車上装置１０１との通信が可能となる。また、車上装置１０１は複数の地上装置１１１−１１４のいずれかと同時に通信を行うことが可能である。

次に、車上装置１０１、地上装置１１１、拠点装置１２１についてそれぞれ図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄを参照して説明する。なお、１０１以外の車上装置、１１１以外の地上装置、１２１以外の拠点装置もそれぞれ、車上装置１０１、地上装置１１１、拠点装置１２１と同様な装置部分を含む。

車上装置１０１は、図１Ｂに示すように、移動制御部１５０を含む。移動制御部１５０は、位置取得部１５１、リンク制御部１５２、送信部１５３、受信部１５４を含む。
位置取得部１５１は自身の位置情報を取得する。位置取得部１５１は、どのように自身の位置情報を取得しても良く、例えば、予め地上に敷設された位置通知装置と通信を行うことで位置情報を取得しても良く、リンク制御部１５２や受信部１５４が無線装置から情報を受信する際の受信電力に応じて自身の位置を計算して位置情報を取得しても良く、ＧＰＳによって位置情報を取得しても良く、速度発電機などを用いることで他装置と通信を行わずに位置情報を取得してもよい。

リンク制御部１５２は、単一の通信相手との通信リンクを自身からの無線通信によって確立可能な、固定体に搭載される無線装置との間で、通信リンクを制御する。リンク制御部１５２は例えば、通信リンクを確立するための情報を送受信する。リンク制御部１５２は、複数の無線装置と同時に通信リンクを確立することが可能である。

送信部１５３は、位置情報を無線装置（例えば地上装置１１１）に送信する。送信部１５３は、通信リンクが確立した後に位置取得部１５１が取得した位置情報を、通信リンクの確立した無線装置に送信する。

受信部１５４は、車上装置１０１を搭載する移動体の移動が許容される移動許容範囲を、無線装置から受信する。移動許容範囲は、例えば拠点装置において位置情報により計算される。

移動制御部１５０は、リンク制御部１５２がどの無線装置とも通信リンクを確立していない場合には、このリンク制御部を含む無線通信装置を搭載する移動体の移動を停止する。また、移動制御部１５０は、拠点装置が地上装置を介して送信した制御情報を元に、列車の制御（具体的には列車の移動）を行う。

地上装置１１１は、図１Ｃに示すように、リンク制御部１６１、受信部１６２、送信部１６３を含む。
リンク制御部１６１は、自身からの無線通信によって複数の無線装置と同時に通信リンクを確立可能な、移動体に搭載される無線通信装置との間で単一の通信リンクを制御する。リンク制御部１６１は例えば、通信リンクを確立するための情報を送受信する。また、リンク制御部１６１は地上装置１（ＳＴＡ１）が拠点装置１ １２１に対しどの車上装置（ＡＰ）と接続したかという情報を送信する。

受信部１６２は、リンクが確立した移動体からこの移動体の位置情報を受信する。また、受信部１６２は拠点装置から車上装置１０１の制御情報を受信する。

送信部１６３は、受信部１６２が受信した位置情報を拠点装置に送信する。また、送信部１６３は制御情報を車上装置１０１に送信する。

拠点装置は、図１Ｄに示すように、位置情報送受信部１７１、リンク通信部１７２、位置情報記憶部１７３、制御情報計算部１７４、制御情報送信部１７５を含む。

位置情報送受信部１７１は、他の拠点装置からリンク情報及び１つ以上の車上装置の位置情報を受信し、またこれらの情報をこの拠点装置がアップデートした場合にはこれらの情報を他の拠点装置に送信する。

リンク通信部１７２は、位置情報に基づいて、通信リンクを確立すべき車上装置を特定し、この車上装置と通信リンクを確立するように、この車上装置に対応する地上装置に指示信号を送信する。

位置情報記憶部１７３は、どの拠点装置とどの地上装置とどの車上装置とが接続しているかを示す通信リンク情報と車上装置の位置情報とを記憶している。具体的には例えば図６、図７に示してある内容を記憶している。

制御情報計算部１７４は、例えば、車上装置の位置情報に基づいて、車上装置を搭載した移動体の移動が許容される移動許容範囲を計算する。制御情報計算部１７４は、各列車がいる位置を把握し、これらの位置に基づいて各列車をどこまで進めてよいかを計算する。

制御情報送信部１７５は、例えば、制御情報である移動許容範囲を対応する車上装置に地上装置を介して送信する。

次に、図２に示す実際の通信手順に従い、列車に搭載される車上装置１ １０１と拠点装置１ １２１との間の通信手順の具体的な説明を行う。
列車と拠点装置１ １２１との間で情報のやり取りを行うためには、まず、地上装置と車上装置１ １０１との間の通信リンクの確立が必要である。車上装置１ １０１に搭載されるＡＰから定期的に送信されるＢｅａｃｏｎフレームを受信した地上装置１ １１１に搭載されるＳＴＡ１が、自発的に車上装置（ＡＰ）１ １０１に対し通信リンクの確立をしてもよいが、１台の地上装置は１台の車上装置のみと通信リンク可能である。したがって、地上装置が自発的に通信リンクの確立を行おうとすると、何れの地上装置とも通信リンクを確立不可能な車上装置が発生する可能性がある。

本実施形態では車上装置からは複数の通信リンクの確立が可能であり、また拠点装置が列車の位置を把握し、その拠点装置主導で地上装置を介し車上装置１０１と通信リンクを確立できることから、地上装置（ＳＴＡ）が自発的に通信リンクを確立するのではなく、拠点装置が地上装置に対し通信リンク確立の指示を出すことが望ましい。

そこで、次に拠点装置主導で行われる場合の説明を行う。前述の通り、地上側の拠点装置１ １２１は前後の拠点装置から予め列車の位置情報を保持している（ステップＳ２０１）ため、この位置情報を元に拠点装置１ １２１が、リンク通信部１７２によって、地上装置１ １１１に搭載されるＳＴＡ１に対し、列車に搭載される車上装置１ １０１のＡＰと通信リンクを確立するように指示を行う（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。通信リンクの確立の手順は、まず車上装置１（ＡＰ）と地上装置１（ＳＴＡ１）との間でＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎフレームの送受信を行う。本実施形態では、拠点装置１ １２１が予め前後の拠点装置から列車搭載の車上装置１（ＡＰ）のＭＡＣアドレスを入手している。そのため、通信リンク確立の際、地上装置１（ＳＴＡ１）が車上装置１（ＡＰ）から送信されるＢｅａｃｏｎフレームからＭＡＣアドレスを入手する必要や、Ｐｒｏｂｅ Ｒｅｑｕｅｓｔフレームを送信して、接続先車上装置１（ＡＰ）のＭＡＣアドレスを入手する必要がない。

Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎフレームの送受信後、地上装置１（ＳＴＡ１）が、リンク制御部１６１によって、Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔフレームを車上装置１（ＡＰ）に対し送信を行う（ステップＳ２０６）。車上装置１（ＡＰ）が、リンク制御部１５２によって、このＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔフレームを正しく受信すると、応答としてＡｃｋフレームを送信する。Ａｃｋフレーム送信後、車上装置１ １０１が、リンク制御部１５２によって、Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔフレームに対するＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｐｏｎｓｅフレームの送信を行い、地上装置１（ＳＴＡ１）が、リンク制御部１６１によって、正しく受信できた場合、応答としてＡｃｋフレームを送信すること（ステップＳ２０７）で、通信リンクが確立する（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）。すると、地上装置１（ＳＴＡ１）と車上装置１（ＡＰ）との間の通信が可能となり、同時に拠点装置１ １２１と車上装置１ １０１との間の通信も可能となる。この通信リンク確立の手順はＩＥＥＥ８０２．１１の手順であるので、詳細は省略する。

拠点装置がどの地上装置（ＳＴＡ）とどの車上装置（ＡＰ）と接続しているか把握するために、通信リンク確立処理が完了したことをトリガに、地上装置１（ＳＴＡ１）が、リンク制御部１６１によって、拠点装置１ １２１に対しどの車上装置（ＡＰ）と接続したかという情報を送信する（ステップＳ２１０）。列車が地上装置２ １１２に近づく方向に移動をしているため、車上装置（ＡＰ）と地上装置２（ＳＴＡ２）との間の通信リンクの確立も行う必要があるが、同様の手順であるため、省略する。拠点装置１ １２１は通信リンクの変更通知があった場合、自身の通信リンク管理テーブルを更新し、さらに前後の拠点装置、本実施形態では拠点装置２ １２２に対し送信を行う。この時に送信する情報は管理テーブルの全てでもよいし、更新された差分のみでもよい。

通信リンク確立後、拠点装置１ １２１と車上装置１ １０１との間でデータのやり取りが行われる。まず、列車に搭載される車上装置１ １０１から、送信部１５３によって、列車の位置情報の送信を行う（ステップＳ２１２）。この列車の位置情報の送信は、予め決めた時間間隔、例えば１００ｍｓｅｃごとに定期的に送信を行ってもよく、また通信リンク確立をトリガに送信を行ってもよい。列車の位置情報（ステップＳ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２２０、Ｓ２２１）は、位置取得部１５１によって取得され、列車に搭載されるタコジェネレータを用いて列車自身で計測してもよいし、線路内に敷設された位置通知装置であるトランスポンダや、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、またはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いることで絶対位置を取得してもよく、また地上装置からの制御情報受信時の受信電力を元に位置計算をしてもよく、これらの方法に限定するものではない。位置情報の送信時にはＩＥＥＥ８０２．１１のプロトコルに沿い、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）に従って送信前にバックオフを行い、無線チャネルが空いている場合に送信を行う。列車に搭載の車上装置１ １０１は拠点装置宛に送信を行うが、列車は移動をしているためどの拠点装置に対し送信を行ってよいか不明である。地上装置（ＳＴＡ）と拠点装置アドレスの対応付けデータベースを車上装置１ １０１が持っていれば、通信リンクの確立が終了した時点でどの拠点装置に対し通信を行えばよいかわかる。車上装置１ １０１が拠点装置１ １２１のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスの両方が分かっている場合、地上装置１（ＳＴＡ１）と地上装置２（ＳＴＡ２）を介して２つのパスで拠点装置１ １２１に対し、ユニキャスト送信を行ってもよいし、地上装置１ １１１と地上装置２（ＳＴＡ２）を介してマルチキャストまたはブロードキャスト送信を行ってもよい。

しかし上記の地上装置と拠点装置の対応付けデータベースは、列車が走行する全路線の地上装置と拠点装置に対して持っておく必要がある。そのため、拠点装置や地上装置の数が非常に多い場合、車上装置１０１がデータベースを持つことは現実的ではない。そこで本実施形態では、車上装置１０１が拠点装置のＩＰアドレスやＭＡＣアドレスが不明である場合の通信の流れについて述べる。送信先のＭＡＣアドレスやＩＰアドレスが不明であるので、車上装置１０１はＩＰネットワーク上で全装置に届くようブロードキャスト送信を行う。この場合、宛先ＭＡＣアドレスについてはブロードキャストアドレスでもよく、また配下のＳＴＡ全てが含まれるマルチキャストアドレスでもよく、また通信リンクを確立している地上装置（ＳＴＡ）全てに対しユニキャスト送信を行ってもよい。本実施形態では、車上装置１（ＡＰ）が地上装置１（ＳＴＡ１）、地上装置２（ＳＴＡ２）に対し送信を行う。地上装置１（ＳＴＡ１）、地上装置２（ＳＴＡ２）は宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストまたは自身が含まれるマルチキャストアドレスまたは自身のＭＡＣアドレスが指定されたフレームを受信すると、フレームをＩＰ層に渡す。宛先ＩＰアドレスはブロードキャストアドレスであるため、基本的に接続している全ポートに対して転送を行う。しかし、ブロードキャストアドレス受信時に全端末が単純に全ポートに対し転送を行うとブロードキャストストームが発生し、ネットワーク上をブロードキャストフレームであふれてしまう。そこでブロードキャストストームを防ぐことも考慮し、地上装置１（ＳＴＡ１）、地上装置２（ＳＴＡ２）はブロードキャストフレーム受信時の転送先を、接続する拠点装置１ １２１のみにしてもよい。同様に拠点装置１ １２１がブロードキャストフレームを受信する場合も、前後の拠点装置のみに転送を行うようにルーティングの設定をしてもよい。以上のように、列車から無線を介し拠点装置１ １２１に対し位置情報が送信されることで、拠点装置１ １２１は車上装置１ １０１の位置情報を取得し、保持（すなわち記憶）している（ステップＳ２１３）。

このように得られた列車の位置情報を元に、拠点装置１ １２１は、制御情報送信部１７５によって、列車がどこまで動いてよいかという制御情報を列車に搭載されている車上装置１ １０１に対し送信を行う（ステップＳ２１４）。列車の車上装置１０１から送信されたフレームから、車上装置１０１のＩＰアドレス、ＭＡＣアドレスを把握しているため、拠点装置１ １２１はブロードキャストアドレスを用いずに送信が可能である。また、拠点装置１ １２１は地上装置１ １１１と地上装置２ １１２が対象の列車の車上装置１ １０１と通信リンクを確立していることを各地上装置から通知されているため、不要な経路を通らずに複数経路、地上装置１（ＳＴＡ１）、地上装置２（ＳＴＡ２）を介して列車への制御情報の送信が可能である。拠点装置１ １２１が地上装置１（ＳＴＡ１）を介して列車に送信を行う場合、宛先ＭＡＣアドレスを地上装置１（ＳＴＡ１）、宛先ＩＰアドレスを車上装置（ＡＰ）と設定する。このように設定すると、地上装置１ １１１で一度ＩＰ層まで上がった後、地上装置１ １１１は、自身宛ではなく車上装置１ １０１宛であることが分かるので、車上装置（ＡＰ）宛に転送を行う。転送の際には、バックオフを行い、無線チャネルが空き次第、地上装置１（ＳＴＡ１）は送信を行う。地上装置１（ＳＴＡ１）は列車からの位置情報を拠点装置１ １２１に転送した際に、列車のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレスを把握しているため、宛先が車上装置（ＡＰ）宛のフレームを受信した際、車上装置（ＡＰ）に対し送信を行うことが可能となる。地上装置２（ＳＴＡ２）を介する場合も同様の方法で転送可能であるため、説明は省略する。
ここでは、地上装置がＩＰアドレスを元にブリッジする場合について述べたが、地上装置においてＭＡＣアドレスを元にブリッジを行う方法でも転送可能である。この場合、拠点装置１ １２１が列車に対して制御情報の送信を行う際、列車のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスを設定したフレームを、地上装置１（ＳＴＡ１）を介して送信を行う。このフレームを受信した地上装置１（ＳＴＡ１）は、宛先ＭＡＣアドレスが自身のものとは異なるため、車上装置１（ＡＰ）に対し転送を行う。転送の際には、バックオフを行い、無線チャネルが空き次第、地上装置１（ＳＴＡ１）は送信を行う。転送されたフレームを受信した車上装置１０１は、ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレスともに自身であるため、移動制御部１５０に対して情報を渡す。地上装置２（ＳＴＡ２）を介する場合も同様の方法で転送可能であるため、説明は省略する。

以上のように拠点装置１ １２１が地上装置１ １１１及び地上装置２ １１２を介して送信した制御情報を元に、列車に搭載される移動制御部１５０は列車の制御を行う（ステップＳ２１５）。前述した列車からの列車の位置情報送信、及び拠点装置からの列車の制御情報送信は、列車が移動もしくは静止をしながら行われるものである。また、列車の移動に対応するため、列車の位置情報及び拠点装置１ １２１が送信した列車の制御情報は、隣接する拠点装置、本実施形態では拠点装置２ １２２に対しても送信される。

車上装置１０１から送信を行う列車の位置情報は定期的に送信を行うという性質から、同様に定期的に送信を行うＢｅａｃｏｎフレームに位置情報を設定する機能を車上装置１０１が持ち、地上装置が受信したＢｅａｃｏｎフレームから位置情報を取り出し拠点装置に転送を行う機能を持てば、無線リソースの消費を抑えながら、拠点装置に位置情報を伝送することが可能である。データトラフィックが少ない場合、無線の伝送レートを低くすることで無線部の通信の信頼性を向上させてもよい。

また、停電時の復旧で、各拠点装置の列車情報がリセットされた状態からの復旧においても、本実施形態の無線通信装置によるシステムは有効である。車上装置１０１はＩＥＥＥ８０２．１１のＡＰであるため、電源再投入時にＢｅａｃｏｎフレームは定期的に送信を行う。このＢｅａｃｏｎフレームを地上装置（ＳＴＡ）側で受信できれば、どの地上装置（ＳＴＡ）で受信したか拠点装置で認識可能である。また、車上装置１０１が電源遮断時にも位置情報を保持する機構を持ち、前述のように車上装置１０１がＢｅａｃｏｎフレームに位置情報を設定する機能があり、地上装置にＢｅａｃｏｎフレームから位置情報を取りだす機能があれば、電源投入とともに正確な列車位置を拠点装置が認識可能である。

以上の第１の実施形態によれば、複数の通信経路で、列車と拠点装置との間の通信を行うことが可能となるため、１つの通信経路が断絶された場合でも他の通信経路を用いて通信を行える。したがって、通信の冗長性が高まり信頼性の高い通信が可能となる。なお、本実施形態で述べた通信手順や通信プロトコルは一例であり、実際の形態はこれらに限定されるものではない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、複数の拠点装置と１つの車上装置が通信を行う場合について説明する。
第１の実施形態では、列車が１つの拠点装置と複数の通信リンクを確立し、情報のやり取りを行う例を示した。しかし列車の移動に伴い、列車が複数の拠点装置と複数の通信リンクを同時に確立する場合がありうる。本実施形態では、列車が複数の拠点装置にまたがって情報のやり取りを行う例を示す。図３に、本実施形態のネットワークトポロジを示す。本実施形態では、図１Ａの状態から列車が移動し地上装置２ １１２と地上装置３ １１３との間に存在する場合を想定する。

第１の実施形態で説明したように拠点装置１ １２１の管理下である列車は移動しながら、列車からは位置情報を拠点装置１ １２１に対して送信を行い（ステップＳ２１２、Ｓ２１６）、拠点装置１ １２１から列車の制御情報が送信されている（ステップＳ２１４、Ｓ２１８）。そのため、列車の移動に伴い、接続する地上装置及び拠点装置を変更する必要があるので、通信リンクの変更が必要である。本実施形態では、列車が地上装置２ １１２と地上装置３ １１３との間に存在し地上装置３ １１３に近付く方向に移動していることから、新たに地上装置３ １１３との通信リンクを確立する必要がある。この場合は図２において、拠点装置１ １２１を拠点装置２ １２２に読み替え、地上装置１ １１１を地上装置３ １１３に読み替えればよい。

車上装置１ １０１の位置情報を元に管理を行っている拠点装置１ １２１が拠点装置２ １２２に対し、地上装置３ １１３と車上装置１ １０１との通信リンクを確立するように指示を行う。この指示を受けた拠点装置２ １２２は地上装置３ １１３に対し車上装置１ １０１と通信リンクを確立するように指示を行う（ステップＳ２０３が対応）。指示を受けた地上装置３ １１３は第１の実施形態のように車上装置とＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎフレームやＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎフレームのやり取りを行う（ステップＳ２０６が対応）。通信リンク確立の詳細な手順は第１の実施形態と同様のため、説明は省略する。地上装置３ １１３が車上装置１ １０１との通信リンクを確立できた場合、地上装置３ １１３は拠点装置２ １２２に対し、地上装置３ １１３と車上装置１ １０１との間の通信リンクが確立できたことを通知する（ステップＳ２１０が対応）。拠点装置２ １２２は通信リンク更新通知をトリガに自身のテーブルを更新し、さらに拠点装置１ １２１に対し通信リンクの更新情報を送信する。拠点装置２と地上装置３と車上装置１ １０１との通信リンクが確立できたことを確認した拠点装置１ １２１は、車上装置１ １０１の管理を拠点装置２ １２２に移すよう、拠点装置２ １２２に対し指示を行う。この指示を受けた拠点装置２ １２２は拠点装置１ １２１に対し、車上装置１ １０１の管理移行の承諾を示す情報を送信することで車上装置の管理移行が完了する。この時、拠点装置２ １２２の管理下の車上装置１０１が複数存在し、拠点装置２ １２２が新たな車上装置１０１の管理が困難と判断した場合、拠点装置２ １２２は拠点装置１ １２１に対して、車上装置１０１の管理移行の拒否を行ってもよい。さらに通信リンク確立のトリガは前述したものに限定されるものではなく、例えば拠点装置１ １２１からの指示の前に、拠点装置２ １２２が車上装置１ １０１の位置情報を元に地上装置３ １１３と車上装置１ １０１との通信リンクを確立してもよい。また、車上装置１ １０１の管理を拠点装置１ １２１から拠点装置２ １２２に移行した後に、拠点装置２ １２２が地上装置３ １１３と車上装置１ １０１の通信リンクを確立してもよく、通信リンク確立と車上装置の管理は独立に動作してもよい。

このように地上装置３との通信リンク確立後、車上装置１ １０１は自身の位置情報を地上装置１ １１１、地上装置２ １１２、地上装置３ １１３を介し、拠点装置１ １２１、拠点装置２ １２２に対し送信を行う（ステップＳ２１２、Ｓ２１６が対応）。位置情報送信時のアドレス設定を含めた手順は前述した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。列車の位置情報は拠点装置１ １２１と拠点装置２ １２２の両方が受信をするが、車上装置１ １０１に対する列車の制御情報の送信は、車上装置１ １０１の管理を行っている拠点装置２ １２２から行われる。車上装置１ １０１が通信リンクを確立しているのは地上装置１ １１１、地上装置２ １１２、地上装置３ １１３であることから、拠点装置２ １２２はこれら全ての地上装置１１１−１１３を介して車上装置１ １０１に対し列車の制御情報の送信を試みる。地上装置３ １１３は拠点装置２ １２２と直接接続されているので、地上装置３ １１３を介する場合は前述の第１の実施形態と同様の手順で車上装置１ １０１に対し列車の制御情報の送信を行う。一方、地上装置１ １１１、地上装置２ １１２を介する場合、拠点装置２ １２２と直接接続をしていないため、拠点装置１ １２１を介し、地上装置１ １１１、地上装置２ １１２を介して車上装置１ １０１へ列車の制御情報を行う。

車上装置１ １０１が複数の通信経路を確保したことを確認し、拠点装置１ １２１の管理下ではなくなったので、拠点装置１ １２１は他の車上装置のために、通信リンクの切断を行う。本実施形態では、拠点装置１ １２１の管理下の地上装置の中で、列車の移動方向とは逆方向で車上装置１ １０１と最も離れている地上装置１と車上装置との通信リンクの切断を行う。まず、拠点装置１ １２１は地上装置１ １１１に対し、車上装置１ １０１との通信リンクの切断を行うことを指示する。この指示を受け、地上装置１ １１１が車上装置１ １０１に対し、Ｄｉｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎフレームを送信する。車上装置１ １０１はこのＤｉｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎフレームを正しく受信すると、応答としてＡｃｋフレームを地上装置１ １１１に対し送信を行う。このＡｃｋフレームを受信した地上装置１ １１１は車上装置との通信リンクが切断されたと判断し、拠点装置１ １２１に対し地上装置１と車上装置との間の通信リンクが切断されたことを通知する。この通知を受けた拠点装置１ １２１は、自身のテーブルから地上装置１と車上装置との通信リンクを削除し、この通信リンクの更新情報を拠点装置２ １２２に対して通知を行う。この通知を受けた拠点装置２ １２２は、自身のテーブルから拠点装置１と地上装置１と車上装置との通信リンクを削除する。通信リンクの切断のトリガは拠点装置からではなく、地上装置が通信リンクを確立している車上装置のＢｅａｃｏｎフレームを複数回受信できなくなったことをトリガにしてもよい。しかし、拠点装置が車上装置との通信リンク及び移動の制御を行っているため、通信リンクの切断についても通信リンクの確立と同様、拠点装置主導で行う方が望ましい。

第２の実施形態によれば、以上のように移動に伴い複数の拠点装置をまたがって通信を行う場合でも、無線通信装置では通信経路の冗長性を確保し、通信経路を変更しながら通信を行うことが可能である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、車上装置の数が複数ある場合、特にある車上装置の周囲に複数の車上装置が存在する場合について説明する。
移動体が多い場合に、地上装置と車上装置との通信リンクを拠点装置がどのように制御するか、ＩＴＳを例として説明を行う。図４に、本実施形態のネットワークトポロジを示す。本実施形態では自動車が移動体となり、自動車に車上装置が搭載されている場合について説明する。
自動車が走行する道路脇に地上装置が敷設され、自動車の車上装置と、道路脇の地上装置は無線で通信を行う。また、複数の地上装置を管理する拠点装置は、地上装置と有線で通信を行う。図４の状態では、車上装置１ １０１と地上装置１ １１１と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置２ ４０１と地上装置２ １１２と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置３ ４０２と地上装置３ ４１１と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置３ ４０２と地上装置４ ４１２と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置４ ４０３と地上装置５ １１３と拠点装置２ １２２との通信リンクが既に確立している。

拠点装置１ １２１は、制御情報の通信や、どの地上装置とどの車上装置を接続させるかという制御に必要な情報を図６に示す管理テーブルを保持している。ここで拠点装置１ １２１とは接続をしていない車上装置４ ４０３（車上装置番号４）の情報もあるのは、１つの車上装置に対し常に１つ以上の地上装置の通信リンクを維持するのに必要なため、それぞれの拠点装置は前後の拠点装置に接続している車上装置の情報も共有している。より詳細には、それぞれの拠点装置は自動車の進行方向に関して前方及び後方に位置している複数の地上装置に接続している少なくとも２つの拠点装置と通信を行い、管理下にある車上装置の情報を共有している。

次に、自動車の移動に伴い、拠点装置が車上装置と地上装置との間の通信リンクをどのように変更するのか説明を行う。
自動車の移動に伴い、自動車の移動方向側にある車上装置の通信リンクの更新がされる。本実施形態では、右方向に自動車が進んでいるため、拠点装置２ １２２で管理している車上装置のうち、車上装置４ ４０３の通信リンクの更新から行う。通信リンク更新のトリガは車上装置からの位置情報受信時としてもよいし、拠点装置が定期的な期間で行ってもよい。まず、拠点装置２ １２２が地上装置６ １１４に対し、車上装置４ ４０３との通信リンクの確立を行うように指示を行う。この時にやり取りされる情報やデータフレームについては、前述の実施形態のものと同様のため説明は省略する。この通信リンクの確立後、拠点装置２ １２２は自身の管理テーブルを更新し、同時に拠点装置１ １２１に対しても管理テーブルの更新情報を送信する。この更新情報は、拠点装置２ １２２の管理テーブルをそのまま拠点装置１ １２１に対し送信してもよいし、変更の差分のみ送信を行ってもよい。車上装置４ ４０３の通信リンクの更新により、車上装置４ ４０３は地上装置５ １１３と地上装置６ １１４の２つの通信リンクを確立できたため、この２つの地上装置の何れかが車上装置４ ４０３との通信リンクを失っても、車上装置４ ４０３は通信リンクを確保可能である。そこで、次に拠点装置２ １２２が、車上装置４ ４０３と通信リンクを確立している地上装置５ １１３及び地上装置６ １１４のうち自動車の移動方向の逆側（図４ではより左側）に当たる地上装置５に対し、車上装置３ ４０２と通信リンクの確立を行うように指示を行う。この通信リンクの確立後、拠点装置２ １２２の管理テーブルを更新し、同時に拠点装置１ １２１に対しても管理テーブルの更新情報を送信する。

この更新情報は、拠点装置２ １２２の管理テーブルをそのまま拠点装置１ １２１に対し送信してもよいし、変更の差分のみ送信を行ってもよい。車上装置３ ４０２は拠点装置２ １２２が管理する地上装置５ １１３との通信リンクを確立したため、この更新情報を受け取った拠点装置１ １２１は車上装置３ ４０２を管理する拠点装置を拠点装置２ １２２に変更するよう、拠点装置２ １２２に対し変更情報を送信する。車上装置を管理する拠点装置の変更タイミングは、この場合に限るものではなく、今回のように通信リンクを確保している地上装置を管理する拠点装置が複数ある場合は変更せずに、通信リンクを確保している地上装置を管理する拠点装置が１つとなった場合に変更を行ってもよい。また、車上装置からの位置情報を元に管理する拠点装置の変更を行ってもよい。車上装置３ ４０２の通信リンクの更新により、車上装置３ ４０２は地上装置３ ４１１と地上装置４ ４１２と地上装置５ １１３の３つの通信リンクを確立できたため、この３つの地上装置の何れかが車上装置３ ４０２との通信リンクを失っても、車上装置３ ４０２は通信リンクを確保可能である。また拠点装置２ １２２で管理を行っている車上装置の通信リンク更新が全て終了したため、次に拠点装置１ １２１が車上装置３ ４０２との通信リンクを確立している地上装置３ ４１１、地上装置４ ４１２、地上装置５ １１３のうち自動車の移動方向の逆側かつ車上装置２ ４０１に最も近い地上装置３ ４１１に対し、車上装置２ ４０１との通信リンクの確立を行うように指示を行う。この通信リンクの確立後、拠点装置１ １２１の管理テーブルを更新し、同時に拠点装置２ １２２に対しても管理テーブルの更新情報を送信する。この更新情報は、拠点装置１ １２１の管理テーブルをそのまま拠点装置２ １２２に対し送信してもよいし、変更の差分のみ送信を行ってもよい。車上装置２ ４０１の通信リンクの更新により、車上装置２ ４０１は地上装置２ １１２と地上装置３ ４１１の２つの通信リンクを確立できたため、この２つの地上装置の何れかが車上装置２との通信リンクを失っても、車上装置２は通信リンクを確保可能である。そこで、次に拠点装置１ １２１が、車上装置２ ４０１と通信リンクを確立している地上装置２ １１２及び地上装置３ ４１１のうち自動車の移動方向の上流かつ車上装置１ １０１に最も近い地上装置２ １１２に対し、車上装置１ １０１と通信リンクの確立を行うように指示を行う。この通信リンクの確立後、拠点装置１ １２１の管理テーブルを更新し、同時に拠点装置２ １２２に対しても管理テーブルの更新情報を送信する。この更新情報は、拠点装置１ １２１の管理テーブルをそのまま拠点装置２ １２２に対し送信してもよいし、変更の差分の未送信を行ってもよい。

本実施形態では、１つの車上装置に対し２つ以上の地上装置の通信リンクが存在する。しかし、前後の拠点装置の管理テーブルから自身の拠点装置内で渋滞などにより車上装置が増加することが予想される場合、１つの車上装置に対し２つ以上の地上装置の通信リンクを作らず、全ての通信リンクを１つの車上装置に対し１つの地上装置の通信リンクとして、地上装置側に余裕を持たせてもよい。最終的には図５のように通信リンクが更新され、車上装置１ １０１と地上装置１ １１１と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置１ １０１と地上装置２ １１２と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置２ ４０１と地上装置３ ４１１と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置３ ４０２と地上装置４ ４１２と拠点装置１ １２１との通信リンク、車上装置３ ４０２と地上装置５ １１３と拠点装置２ １２２との通信リンク、車上装置４ ４０３と地上装置６ １１４と拠点装置２ １２２との通信リンクとなる。

以上の第３の実施形態によれば、拠点装置主導で車上装置と地上装置との間の通信リンクを制御することで、自動車の移動に対して、常に１つ以上の通信リンクを維持しつつ、車上装置と地上装置との間の通信リンクの変更が可能となる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の無線通信装置によれば、車上装置と拠点装置との間の通信を行うことが可能となるため、１つの通信経路が断絶された場合でも他の通信経路を用いて通信を行える。したがって、通信経路の冗長性を確保しながら、円滑にハンドオーバーを行うことが可能になる。

実施形態では、無線化した列車保安システム及びＩＴＳへの適用を例に挙げて、本発明の説明を行ったが、本発明の応用範囲はこれに限るものではない。例えば、工場のオートメーション化に伴い、工場内で例えばロボットのような移動を伴う機械の移動制御、また複数台の篭を動かすようなエレベータの移動制御などにも応用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１、４０１、４０２、４０３…車上装置、１１１、１１２、１１３、１１４、４１１、４１２、４１３、４１４…地上装置、１２１、１２２…拠点装置、１５０…移動制御部、１５１…位置取得部、１５２、１６１…リンク制御部、１５３、１６３…送信部、１５４、１６２…受信部、１７１…位置情報送受信部、１７２…リンク通信部、１７３…位置情報記憶部、１７４…制御情報計算部、１７５…制御情報送信部。

Claims (11)

1. 移動体に搭載される無線通信装置であって、
   自身の位置情報を取得する取得部と、
   単一の通信相手との通信リンクを自身からの無線通信によって確立可能な、固定体に搭載される無線装置との間で、通信リンクを制御するリンク制御部と、
   フレームに前記位置情報を設定し、電源が投入されるとともに該フレームを定期的に前記無線装置に送信する処理を開始する送信部と、を具備し、
   前記リンク制御部は、複数の無線装置と同時に通信リンクを確立することが可能であることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記無線通信装置は列車に搭載され、前記無線装置が線路に沿って複数設置されていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記送信部は、前記通信リンクが確立した後に前記位置情報を、通信リンクの確立した無線装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記位置情報により計算される、前記移動体の移動が許容される移動許容範囲を、前記無線装置から受信する受信部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記取得部は、予め地上に敷設された位置通知装置と通信を行うことで前記位置情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記取得部は、前記通信部が前記無線装置から情報を受信する際の受信電力に応じて自身の位置を計算して前記位置情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
7. 前記取得部は、ＧＰＳによって位置情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
8. 前記リンク制御部がどの無線装置とも通信リンクを確立していない場合には、前記移動体の移動を停止する停止部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
9. 前記フレームはＢｅａｃｏｎフレームである請求項１に記載の無線通信装置。
10. 固定体に搭載される無線装置であって、
    自身からの無線通信によって複数の無線装置と同時に通信リンクを確立可能な、移動体に搭載される無線通信装置との間で単一の通信リンクを制御するリンク制御部と、
    前記移動体から、電源が投入されるとともに定期的な送信が開始されるフレームを受信して、該フレームから位置情報を取り出す受信部と、を具備することを特徴とする無線装置。
11. 前記フレームはＢｅａｃｏｎフレームである請求項１０に記載の無線装置。

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