特開 2023-116018 通信システム、通信方法および車載機プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116018

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】通信システム、通信方法および車載機プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04W 12/06 20210101AFI20230815BHJP

   H04W 4/44 20180101ALI20230815BHJP

   H04W 88/06 20090101ALI20230815BHJP

   H04W 84/12 20090101ALI20230815BHJP

   G08G 1/09 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

H04W12/06

H04W4/44

H04W88/06

H04W84/12

G08G1/09 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022018533

(22)【出願日】2022-02-09

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度経済産業省「無人自動運転等の先進ＭａａＳ実装加速化推進事業」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(72)【発明者】

【氏名】上田 有由夢

(72)【発明者】

【氏名】藤井 威生

(72)【発明者】

【氏名】向田 敦紀

【テーマコード（参考）】

5H181

5K067

【Ｆターム（参考）】

5H181AA01

5H181BB04

5H181BB05

5H181CC03

5H181CC04

5H181CC14

5H181FF04

5H181FF12

5H181FF13

5H181FF25

5H181FF27

5H181FF33

5K067AA21

5K067BB03

5K067DD11

5K067DD17

5K067DD20

5K067EE02

5K067EE12

5K067EE16

(57)【要約】

【課題】車載機と路側機との無線通信における接続および認証を高速化する。
【解決手段】通信システムは、車両（４０）に搭載された車載機（４）と、路側機（３）と、通信監理サーバ（２０）とを備える。路側機は、車両の走行中に車載機が用いる第１の情報を第１の無線通信によって車載機に送信する。通信監理サーバは、車載機が路側機との認証を行うために用いる第２の情報を第２の無線通信によって車載機に送信する。第２の情報は、受信状態チャネル情報と、認証可能範囲情報とを含む。受信状態チャネル情報は、路側機が有する複数の周波数チャネルのうち、車載機が路側機との第１の無線通信において使用可能な状態にある指定周波数チャネルを表す。認証可能範囲情報は、車載機が路側機との認証を行えると推定される認証可能範囲を表す。車載機は、車両が認証可能範囲に入った後に指定周波数チャネルを用いて路側機との認証を開始する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された車載機と、
前記車両が通過する経路の近傍に設置され、前記車両の走行中に前記車載機が用いる第１の情報を第１の無線通信によって前記車載機に送信する路側機と、
前記車載機が前記路側機と前記第１の無線通信の認証を行うために用いる第２の情報を、前記第１の無線通信とは異なる第２の無線通信によって前記車載機に送信する通信監理サーバと
を備え、
前記路側機は、
前記第１の無線通信に使用可能な複数の周波数チャネル
を有し、
前記第２の情報は、
前記複数の周波数チャネルのうち、前記車載機が前記路側機との前記第１の無線通信において使用可能な状態にある指定周波数チャネルを表す受信状態チャネル情報と、
前記車載機が前記路側機との認証を行えると推定される認証可能範囲を表す認証可能範囲情報と
を含み、
前記車載機は、前記車両が前記認証可能範囲に入った後に前記指定周波数チャネルを用いて前記路側機との認証を開始する
通信システム。

【請求項2】

請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記路側機は、
前記第１の情報が表す、前記路側機の近傍の状況を観測する観測装置と、
前記車載機と前記第1の無線通信を行う第１の路側機通信装置と、
前記指定周波数チャネルを表す情報を前記通信監理サーバへ送信する第２の路側機通信装置と
を備える
通信システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の通信システムにおいて、
前記認証可能範囲情報は、前記路側機の近傍における無線環境を表す無線環境マップ情報を含み、
前記無線環境マップ情報は、前記第１の無線通信における受信電力、認証時間、レイテンシおよび誤り率のうちの少なくとも１つの、前記路側機の近傍領域における分布を表す
通信システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の通信システムにおいて、
前記車載機は、
前記車両が走行する予定の経路を表す走行計画情報を格納する車載機記憶装置と、
前記車両の位置情報を測定する測位装置と、
前記第１の無線通信によって前記路側機から前記第１の情報を受信するために必要な必要通信時間と、前記路側機との前記第１の無線通信を行える通信可能範囲の内側に前記車両が滞在する通信可能時間とを、前記第２の情報と前記走行計画情報と前記位置情報とに基づいて推定する推定部と
を備え、
前記車載機は、前記必要通信時間が前記通信可能時間より短いときに前記路側機と前記第１の無線通信を行う
通信システム。

【請求項5】

請求項４に記載の通信システムにおいて、
前記車載機は、
複数の前記路側機の位置を表す路側機情報を格納する路側機情報記憶部
をさらに備え、
前記車載機は、前記路側機情報と前記位置情報とに基づいて、前記車両の近傍に位置する前記路側機を識別する路側機識別情報を前記通信監理サーバへ送信し、
前記通信監理サーバは、前記路側機識別情報が表す前記路側機に対応する前記第２の情報を前記車載機へ送信する
通信システム。

【請求項6】

請求項４に記載の通信システムにおいて、
前記車載機は、前記位置情報を前記通信監理サーバへ送信し、
前記通信監理サーバは、前記位置情報に基づいて、前記車両の近傍に位置する前記路側機に対応する前記第２の情報を前記車載器へ送信する
通信システム。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載の通信システムにおいて、
前記車載機と前記路側機とは、前記第１の無線通信を、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ローカルエリアネットワーク）を用いて行い、
前記車載機と前記通信監理サーバとは、前記第２の無線通信を、セルラネットワークを用いて行う
通信システム。

【請求項8】

通信監理サーバが、車載機を搭載する車両が通過する経路の近傍に設置された路側機に、前記車載機が前記路側機との認証を行うために用いる車載機用認証情報をリクエストすることと、
前記路側機が、前記車載機用認証情報を前記通信監理サーバへ送信することと、
前記車載機が、前記通信監理サーバから、前記車載機用認証情報を、第１の無線通信によって受け取ることと、
前記車載機が、前記路側機との認証が可能である認証可能範囲に到達したときに、前記第１の無線通信とは異なる第２の無線通信によって、前記車載機用認証情報を用いて前記路側機との認証を行うことと
を含み、
前記車載機用認証情報は、
前記路側機が有する複数の周波数チャネルのうち、前記車載機との前記第２の無線通信において使用可能な状態にある指定周波数チャネルを表す受信状態チャネル情報と、
前記認証可能範囲を表す認証可能範囲情報と
を含む
通信方法。

【請求項9】

車両に搭載された車載機の演算装置に実行させることによって処理を実現するための車載機プログラムであって、
前記処理は、
通信監理サーバから、前記車両が通過する経路の近傍に設置された路側機との認証を行うために用いる車載機用認証情報を、第１の無線通信によって受け取ることと、
前記車載機が前記路側機との認証が可能である認証可能範囲に到達したときに、前記第１の無線通信とは異なる第２の無線通信によって、前記車載機用認証情報を用いて前記路側機との認証を行うことと
を含み、
前記車載機用認証情報は、
前記路側機が有する複数の周波数チャネルのうち、前記車載機との前記第２の無線通信において使用可能な状態にある指定周波数チャネルを表す受信状態チャネル情報と、
前記認証可能範囲を表す認証可能範囲情報と
を含む
車載機プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は通信システム、通信方法および車載機プログラムに関し、例えば、車両に搭載された車載機と、車両が通過する経路の近傍に設置された路側機との通信に好適に利用できるものである。

【背景技術】

【0002】

車両の自動運転を実現するために、車両が通過する経路の周囲の状況を表す情報などを、車両に搭載された車載機に、無線通信によって提供する技術がある。

【0003】

車載機は、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）や５Ｇなどのセルラシステムによる無線通信でクラウドネットワークのエッジとしてのサーバなどに接続することで、自動運転に用いるデータの送受信を行うことができる。さらに、車載機は、車両が通過する経路の近傍に設置された路側機に別の無線通信で接続することで、自動運転に用いるデータの送受信をより高速に行うことができる。

【0004】

一般的に、通信可能範囲が比較的広い無線通信の通信速度は比較的遅く、通信速度が比較的早い無線通信の通信可能範囲は比較的狭い。そのため、車載機が路側機と比較的高速な無線通信を行う場合、走行する車両が路側機に接近して車載機が路側機との無線通信可能範囲に入る度に、車載機と路側機は無線通信を開始するための認証手続が必要となる場合がある。特に、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の場合は、通信端末がアクセスポイントとの認証を試みるとき、このアクセスポイントが有する複数の周波数チャネルの中から現在使用可能な受信状態チャネルを特定するために周波数チャネルのスキャンを行うと、数秒またはそれ以上の時間が経過する場合がある。

【0005】

さらに、走行する車両が路側機から離れて車載機が路側機との無線通信可能範囲から出るまでに、車載機と路側機は所望のデータの送受信を完了する必要がある。車両の移動速度と、路側機の通信可能範囲の広さとを勘案すると、車載機と路側機との無線通信における接続および認証を可能な限り高速化することが好ましい。

【0006】

上記に関連して、非特許文献１（Ｓ． Ｔｓｕｒｕｍｉ ａｎｄ Ｔ． Ｆｕｊｉｉ著、「Ｒｅｌｉａｂｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｔｏ－ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｍａｐ」、Ｐｒｏｃ． ２０１８ ＩＣＯＩＮ、Ｃｈｉａｎｇ Ｍａｉ、ｐｐ．３１０－３１５、２０１８年発行）には、所望の領域における無線環境パラメータの分布を表すマップデータを、データベース化した実測値を統計化することによって作成する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｓ． Ｔｓｕｒｕｍｉ ａｎｄ Ｔ． Ｆｕｊｉｉ著、「Ｒｅｌｉａｂｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｔｏ－ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｍａｐ」、Ｐｒｏｃ． ２０１８ ＩＣＯＩＮ、Ｃｈｉａｎｇ Ｍａｉ、ｐｐ．３１０－３１５、２０１８年発行

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記状況に鑑み、本開示は、車載機と路側機との無線通信における接続および認証を高速化した通信システム、通信方法および車載機プログラムを提供することを目的の１つとする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0009】

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

【0010】

一実施の形態によれば、通信システムは、車載機（４）と、路側機（３）と、通信監理サーバ（２０）とを備える。車載機（４）は、車両（４０）に搭載されている。路側機（３）は、車両（４０）が通過する経路の近傍に設置され、車両（４０）の走行中に車載機（４）が用いる第１の情報を第１の無線通信によって車載機（４）に送信する。通信監理サーバ（２０）は、車載機（４）が路側機（３）と第１の無線通信の認証を行うために用いる第２の情報を、第１の無線通信とは異なる第２の無線通信によって車載機（４）に送信する。路側機（３）は、第１の無線通信に使用可能な複数の周波数チャネルを有する。第２の情報は、受信状態チャネル情報と、認証可能範囲情報とを含む。受信状態チャネル情報は、複数の周波数チャネルのうち、車載機（４）が路側機（３）との第１の無線通信において使用可能な状態にある指定周波数チャネルを表す。認証可能範囲情報は、車載機（４）が路側機（３）との認証を行えると推定される認証可能範囲を表す。車載機（４）は、車両が認証可能範囲に入った後に指定周波数チャネルを用いて路側機（３）との認証を開始する。

【0011】

一実施の形態によれば、通信方法は、通信監理サーバ（２０）が、車載機（４）を搭載する車両（４０）が通過する経路の近傍に設置された路側機（３）に、車載機（４）が路側機（３）との認証を行うために用いる車載機用認証情報をリクエストすることと、路側機（３）が、車載機用認証情報を通信監理サーバ（２０）へ送信することと、車載機（４）が、通信監理サーバ（２０）から、車載機用認証情報を、第１の無線通信によって受け取ること（Ｓ０３）とを含む。通信方法は、さらに、車載機（４）が、路側機（３）との認証が可能である認証可能範囲に到達したときに、第１の無線通信とは異なる第２の無線通信によって、車載機用認証情報を用いて路側機（３）との認証を行うこと（Ｓ０９）を含む。車載機用認証情報は、路側機（３）が有する複数の周波数チャネルのうち、車載機（４）との無線通信において使用可能な状態にある指定周波数チャネルを表す受信状態チャネル情報と、認証可能範囲を表す認証可能範囲情報とを含む。

【0012】

一実施の形態によれば、車載機プログラムは、車両（４０）に搭載された車載機（４）の演算装置（４２）に実行させることによって処理を実現するためのものである。この処理は、通信監理サーバ（２０）から、車両（４０）が通過する経路の近傍に設置された路側機（３）との認証を行うために用いる車載機用認証情報を、第１の無線通信によって受け取ること（Ｓ０３）を含む。この処理は、さらに、車載機（４）が路側機（３）との認証が可能である認証可能範囲に到達したときに、第１の無線通信とは異なる第２の無線通信によって、車載機用認証情報を用いて路側機（３）との認証を行うこと（Ｓ０９）を含む。車載機用認証情報は、路側機（３）が有する複数の周波数チャネルのうち、車載機（４）との第２の無線通信において使用可能な状態にある指定周波数チャネルを表す受信状態チャネル情報と、認証可能範囲を表す認証可能範囲情報とを含む。

【発明の効果】

【0013】

一実施の形態によれば、車載機と路側機との無線通信における接続および認証を高速化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、一実施の形態による通信システムの一構成例を示す図である。

【図2A】図２Ａは、一実施の形態による通信監理サーバの一構成例を示すブロック回路図である。

【図2B】図２Ｂは、一実施の形態による路側機の一構成例を示すブロック回路図である。

【図2C】図２Ｃは、一実施の形態による車載機の一構成例を示すブロック回路図である。

【図3A】図３Ａは、一実施の形態による通信方法の処理の一例を示すフローチャートの一部である。

【図3B】図３Ｂは、一実施の形態による通信方法の処理の一例を示すフローチャートの一部である。

【図4】図４は、一実施の形態による路側機の通信可能範囲について説明するための図である。

【図5】図５は、一実施の形態による無線環境データベースについて説明するための図である。

【図6】図６は、一実施の形態による無線環境マップについて説明するための図である。

【図7】図７は、一実施の形態による通信方法の処理の一例を示すフローチャートの一部である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

添付図面を参照して、本開示による通信システム、通信方法及び車載機プログラムを実施するための形態を以下に説明する。

【0016】

（第１の実施の形態）
図１に示すように、一実施の形態による通信システム１は、サーバシステム２と、路側機３と、車載機４とを備える。一実施の形態によるサーバシステム２は、クラウドネットワークなどのネットワークのエッジとして構成されていてもよい。一実施の形態による路側機３は、車両が通過する道路などの経路の近傍に設置されていてもよい。路側機３は、例えば、交差点の信号機と一体化されていてもよいし、歩行者に対して情報提供を行うデジタルサイネージを備えていてもよい。一実施の形態による車載機４は、道路などの経路を走行する車両に搭載されていてもよい。

【0017】

サーバシステム２は、通信監理サーバ２０と、無線環境データベース２００とを備える。通信監理サーバ２０と、無線環境データベース２００とは、通信可能に接続されている。通信監理サーバ２０と、無線環境データベース２００とのそれぞれは、クラウドネットワークなどのネットワークにエッジとして接続されていてもよい。

【0018】

サーバシステム２と、路側機３とは、第１の通信手段９１によって通信可能に接続されている。第１の通信手段９１は、有線ネットワークを用いてもよい。ただし、これは一例にすぎず、実施の形態を限定しない。また、路側機３からサーバシステム２へ信号を送信する通信手段９１１と、サーバシステム２から路側機３へ信号を送信する通信手段９１２とは、必ずしも同じネットワークシステムを用いなくてもよい。

【0019】

サーバシステム２と、車載機４とは、第２の通信手段９２によって通信可能に接続されている。第２の通信手段９２は、ＬＴＥや５Ｇなどのセルラネットワークを用いてもよい。ただし、これは一例にすぎず、実施の形態を限定しない。また、車載機４からサーバシステム２へ信号を送信する通信手段９２１と、サーバシステム２から車載機４へ信号を送信する通信手段９２２とは、必ずしも同じネットワークシステムを用いなくてもよい。

【0020】

路側機３と、車載機４とは、第３の通信手段９３によって通信可能に接続されている。第３の通信手段９３は、無線ＬＡＮなどの無線ネットワークを用いてもよい。ただし、これは一例にすぎず、実施の形態を限定しない。また、車載機４から路側機３へ信号を送信する通信手段９３１と、路側機３から車載機４へ信号を送信する通信手段９３２とは、必ずしも同じネットワークシステムを用いなくてもよい。

【0021】

図２Ａに示すように、通信監理サーバ２０は、いわゆるコンピュータとして構成されてもよい。通信監理サーバ２０は、例えば、バス２１と、演算装置２２と、記憶装置２３と、第１通信装置２４と、第２通信装置２５と、第３通信装置２６と、入出力装置２７とを備える。バス２１は、演算装置２２、記憶装置２３、第１通信装置２４、第２通信装置２５、第３通信装置２６および入出力装置２７を互いに通信可能に接続するように構成されている。

【0022】

演算装置２２は、通信部２２１と、管理部２２２と、データベース制御部２２３とを備える。記憶装置２３は、サーバプログラムを格納するサーバプログラム記憶部２３１を備えている。演算装置２２は、サーバプログラムを実行することによって、通信部２２１、管理部２２２およびデータベース制御部２２３の処理を実現する。通信部２２１、管理部２２２およびデータベース制御部２２３のそれぞれは、演算装置２２と記憶装置２３とが協働して処理を実現する仮想的な機能ブロックである。通信部２２１、管理部２２２およびデータベース制御部２２３が実現する処理の詳細については、後述する。

【0023】

サーバプログラムは、記録媒体２３０から読み出されてサーバプログラム記憶部２３１に格納されてもよい。記録媒体２３０は、非一時的で有形の媒体（non-transitory and tangible media）であってもよい。

【0024】

第１通信装置２４は、路側機３と通信を行う。第２通信装置２５は、車載機４と通信を行う。第３通信装置２６は、無線環境データベース２００と通信を行う。通信監理サーバ２０は、さらに別の通信装置を備えていてもよい。端末プログラムは、これらの通信装置のいずれかを介して通信監理サーバ２０の外部から取得されてサーバプログラム記憶部２３１に格納されてもよい。

【0025】

入出力装置２７は、使用者に情報を出力し、使用者が入力する操作を受け付ける。一例として、入出力装置２７は、画像を出力する表示装置、キー入力操作を受け付けるキーボード、タッチ操作を受け付けるとともに画像の出力を行うタッチパネルなどを含む。

【0026】

図２Ｂに示すように、路側機３は、無線通信のアクセスポイントとして機能するコンピュータとして構成されてもよい。路側機３は、例えば、バス３１と、演算装置３２と、記憶装置３３と、観測装置３４と、第１通信装置３５と、第２通信装置３６と、入出力装置３７とを備える。バス３１は、演算装置３２、記憶装置３３、観測装置３４、第１通信装置３５、第２通信装置３６および入出力装置３７を互いに通信可能に接続するように構成されている。

【0027】

演算装置３２は、観測部３２１と、通信部３２２と、管理部３２３とを備えている。記憶装置３３は、路側機プログラムを格納する路側機プログラム記憶部３３１を備えている。演算装置３２は、路側機プログラムを実行することによって、観測部３２１、通信部３２２および管理部３２３の処理を実現する。観測部３２１、通信部３２２および管理部３２３のそれぞれは、演算装置３２と記憶装置３３とが協働して処理を実現する仮想的な機能ブロックである。観測部３２１、通信部３２２および管理部３２３が実現する処理の詳細については、後述する。

【0028】

路側機プログラムは、記録媒体３３０から読み出されて路側機プログラム記憶部３３１に格納されてもよい。記録媒体３３０は、非一時的で有形の媒体（non-transitory and tangible media）であってもよい。

【0029】

観測装置３４は、所望のパラメータを計測するセンサを用いて路側機３の近傍の状況を観測する。このセンサは、路側機３の近傍を撮影するカメラや、路側機３からその近傍に存在する車両や歩行者などの距離を測定するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）などを含んでもよい。

【0030】

第１通信装置３５は、通信監理サーバ２０と通信を行う。第２通信装置３６は、車載機４と通信を行う。路側機３は、さらに別の通信装置を備えていてもよい。路側機プログラムは、これらの通信装置のいずれかを介して路側機３の外部から取得されて路側機プログラム記憶部３３１に格納されてもよい。

【0031】

入出力装置３７は、使用者に情報を出力し、使用者が入力する操作を受け付ける。一例として、入出力装置３７は、光を出力するランプ、音声を出力するスピーカー、押下操作を受け付けるボタンなどを含む。

【0032】

図２Ｃに示すように、車載機４は、いわゆるコンピュータとして構成されてもよい。車載機４は、例えば、バス４１と、演算装置４２と、記憶装置４３と、測位装置４４と、第１通信装置４５と、第２通信装置４６と、入出力装置４７とを備える。バス４１は、演算装置４２、記憶装置４３、測位装置４４、第１通信装置４５、第２通信装置４６および入出力装置４７を互いに通信可能に接続するように構成されている。

【0033】

演算装置４２は、測位部４２１と、通信部４２２と、推定部４２３と、判定部４２４とを備えている。記憶装置４３は、車載機プログラムを格納する車載機プログラム記憶部４３１と、路側機３の位置などを表す路側機情報を格納する路側機情報記憶部４３２とを備えている。演算装置４２は、車載機プログラムを実行することによって、測位部４２１、通信部４２２、推定部４２３および判定部４２４の処理を実現する。測位部４２１、通信部４２２、推定部４２３および判定部４２４のそれぞれは、演算装置４２と記憶装置４３とが協働して処理を実現する仮想的な機能ブロックである。測位部４２１、通信部４２２、推定部４２３および判定部４２４が実現する処理の詳細については、後述する。

【0034】

車載機プログラムは、記録媒体４３０から読み出されて車載機プログラム記憶部４３１に格納されてもよい。同様に、路側機情報は、記録媒体４３０から読み出されて路側機情報記憶部４３２に格納されてもよい。記録媒体４３０は、非一時的で有形の媒体（non-transitory and tangible media）であってもよい。

【0035】

測位装置４４は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）などを用いて車両の位置を測定する。厳密には、測位装置４４が測定する位置は、ＧＮＳＳ信号を受信するアンテナの位置であるが、このアンテナが車載機４に固定されており、かつ、車載機４が車両に搭載されているとき、測位装置４４は実質的に車両の位置を測定している。

【0036】

第１通信装置４５は、通信監理サーバ２０と通信を行う。第２通信装置４６は、路側機３と通信を行う。車載機４は、さらに別の通信装置を備えていてもよい。車載機プログラムと、路側機情報とは、これらの通信装置のいずれかを介して車載機４の外部から取得されて車載機プログラム記憶部４３１または路側機情報記憶部４３２にそれぞれ格納されてもよい。

【0037】

入出力装置４７は、使用者に情報を出力し、使用者が入力する操作を受け付ける。一例として、入出力装置４７は、画像を出力する表示装置、音声を出力するスピーカー、音声入力を受け付けるマイクロフォン、押下操作を受け付けるボタン、キー入力操作を受け付けるキーボード、タッチ操作を受け付けるとともに画像の出力を行うタッチパネルなどを含む。

【0038】

図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートを参照して、一実施の形態による通信方法の処理の一構成例について説明する。ここでは特に車載機４の動作に注目する。図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートは、車載機プログラムの処理の一構成例を表している。

【0039】

車載機４が動作を開始すると、図３ＡのステップＳ０１が実行される。ステップＳ０１において、車載機４の判定部４２４が、車両の近くに路側機３が存在するか否かを判定する。ここで、車載機４の測位部４２１は、測位装置４４を制御して車両の位置を測定する。測位部４２１による測位は、周期的に行われてもよい。判定部４２４は、路側機情報記憶部４３２から路側機情報を読み出し、車両の進行方向に存在し、かつ、車両から最も近い路側機３の情報を抽出する。

【0040】

図４の例では、車載機４を搭載した車両４０Ａから見て最も近い路側機３の情報を、車両４０Ｂの位置を含む通信可能範囲に到達する前に、路側機３の情報を抽出する。図４は、同じ車両４０Ａが移動を続けることによって、車両４０Ｂ、車両４０Ｃおよび車両４０Ｄの位置に順番に到達する様子を表している。以降、車両４０Ａ、車両４０Ｂ、車両４０Ｃまたは車両４０Ｄの位置を区別しないとき、車両４０と記す。

【0041】

判定部４２４は、車両４０の進行方向を、複数の時刻に車両４０の位置を測定して得られた位置情報に基づいて算出してもよいし、この位置情報と、走行計画情報とに基づいて推定してもよい。走行計画情報は、車両４０が走行する予定の経路を表す情報であり、記憶装置４３に格納されている。

【0042】

判定部４２４は、路側機情報から、注目している路側機３との無線通信が可能である通信可能範囲を表す情報を読み出す。また、判定部４２４は、通信可能範囲と、車両４０の位置情報と、車両４０の現在速度とに基づいて、注目している路側機３との無線通信が可能となる通信可能時刻を算出する。現在時刻から通信可能時刻までの時間が所定の閾値より短いとき、判定部４２４は車両４０の近くに路側機３が存在すると判定し（Ｙｅｓ）、処理は図３ＡのステップＳ０２へ進む。反対に、現在時刻から通信可能時刻までの時間が所定の閾値以上であるとき、判定部４２４は車両４０の近くに路側機３が存在しないと判定し（Ｎｏ）、処理は図３ＡのステップＳ０１に戻る。なお、車両４０の現在速度は、車両４０の位置情報から算出してもよい。

【0043】

図３ＡのステップＳ０２において、通信部４２２が、注目している路側機３の情報を通信監理サーバ２０にリクエストする。ここで、通信部４２２は、第１通信装置４５を制御して通信監理サーバ２０との無線通信を行い、車載機４を識別する車載機識別情報と、注目している路側機３を識別する路側機識別情報とを対応付けて通信監理サーバ２０へ送信する。

【0044】

通信監理サーバ２０の通信部２２１は、第２通信装置２５を制御して、車載機４から車載機識別情報と路側機識別情報とを受信する。ここで、車載機４と通信監理サーバ２０との無線通信は、車載機４が動作を開始したときに開始してもよいし、車載機４が動作を終了するまで継続してもよい。

【0045】

通信監理サーバ２０のデータベース制御部２２３は、第３通信装置２６を制御して無線環境データベース２００にアクセスし、路側機識別情報に対応する路側機３の情報を取得する。ここで、路側機３の情報には、通信監理サーバ２０が路側機３と通信するために用いる、ＩＤ（ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ：識別子）およびパスワードなどのサーバ用認証情報などが含まれていてもよい。路側機３の情報には、さらに、路側機３の近傍における無線環境パラメータの分布を表す無線環境マップ情報が含まれてもよい。無線環境マップ情報の詳細については、後述する。

【0046】

通信部２２１は、第１通信装置２４を制御して、路側機識別情報に対応する路側機３との通信を行い、車載機４が路側機３と無線通信を行うために用いる車載機用認証情報をリクエストするリクエスト信号と、車載機４の車載機識別情報とを対応付けて路側機３へ送信する。

【0047】

路側機３の通信部３２２は、第１通信装置３５を制御して、通信監理サーバ２０からリクエスト信号と車載機識別情報とを受信する。路側機３の管理部３２３は、リクエスト信号に応じて車載機用認証情報を生成する。ここで、車載機用認証情報には、路側機３の第２通信装置３６が車載機４と通信するために用意されている複数の周波数チャネルのうち、現時点で使用可能な受信状態チャネルを表す受信状態チャネル情報が含まれる。受信状態チャネルは、例えば、路側機３がビーコンを送出するなどの、アクティブになっているチャネルを含む。また、車載機用認証情報には、車載機４が路側機３との認証に用いるためのＩＤおよびパスワードなどが含まれてもよい。さらに、車載機用認証情報には、路側機３から車載機４へ送信する予定のデータの量を表すデータ量情報が含まれてもよい。このデータは、例えば、路側機３の観測部３２１が観測装置３４を制御して取得した、路側機３の近傍の状況を表す所望のパラメータを含む観測データや、路側機３の近傍を撮影した画像データなどを含んでもよい。路側機３の通信部３２２は、第１通信装置３５を制御して、車載機用認証情報と、車載機４の車載機識別情報とを対応付けて通信監理サーバ２０へ送信する。

【0048】

通信監理サーバ２０の通信部２２１は、第１通信装置２４を制御して、路側機３から車載機用認証情報と、車載機４の車載機識別情報とを受信する。通信監理サーバ２０の通信部２２１は、第２通信装置２５を制御して、路側機３から受信した車載機識別情報が表す車載機４へ、路側機３の情報を送信する。ここで、路側機３の情報は、路側機３から受信した車載機用認証情報を含む。路側機３の情報は、さらに、通信監理サーバ２０が無線環境データベース２００から取得した、路側機３の無線環境マップ情報を含んでもよい。

【0049】

図５および図６を参照して無線環境マップ情報について説明する。無線環境マップ情報は、路側機３の近傍の領域をメッシュ状に分割し、それぞれのメッシュにおける無線環境パラメータの値を測定して統計化することによって得られる無線環境マップ８を表す。ここで、無線環境パラメータは、受信電力、認証時間、レイテンシ、誤り率などを少なくとも１つ含む。

【0050】

図５に示すように、複数の観測端末５Ａ、５Ｂ、５Ｃのそれぞれは、所定の無線環境パラメータを測定し、無線環境パラメータの測定値と、測定を行った位置を表す位置情報とを対応付けて、無線環境データベース２００へ送信する。無線環境データベース２００に集められた測定値は、位置情報が表す測定位置を含むメッシュごとに統計化される。その結果、図６に示すような無線環境マップ８を表す無線環境マップ情報が生成される。無線環境マップ情報は、図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートが開始する前に生成されてもよいし、このフローチャートが開始した後に更新されてもよい。車載機４は、観測端末５Ａ、５Ｂ、５Ｃとして動作してもよい。

【0051】

図６の例では、路側機３を含むメッシュである送信メッシュ８１以外のメッシュ８２のそれぞれについて、無線環境パラメータの測定値に基づく統計値が登録されている。一般的に、凡例８０を参照して読み取れるように、送信メッシュ８１に近いメッシュ８２ほど、受信電力は高く、レイテンシは少なく、誤り率は低い傾向がある。ただし、この傾向は、路側機３の近傍に存在する建築物などの遮蔽物などに応じて異なる。

【0052】

通信監理サーバ２０の管理部２２２は、路側機３の通信可能範囲および無線環境マップ８に基づいて、車載機４が路側機３との認証を行うことができる認証可能範囲を推定してもよい。一例として、認証可能範囲は、通信可能範囲のうち、無線環境マップ８における無線環境パラメータが所定の条件を満足するメッシュ８２に含まれる範囲である。ここで、無線環境パラメータが満足する条件は、例えば、受信電力が所定の閾値より高いこと、認証時間が所定の閾値より短いこと、レイテンシが所定の閾値より少ないこと、誤り率が所定の閾値より低いこと、などを含む。管理部２２２は、認証可能範囲を表す認証可能範囲情報を生成してもよい。通信監理サーバ２０の通信部２２１から車載機４へ送信される路側機３の情報には、認証可能範囲情報がさらに含まれてもよい。

【0053】

ステップＳ０２の後、図３ＡのステップＳ０３が実行される。ステップＳ０３において、車載機４の通信部４２２は、第１通信装置４５を制御して、路側機３の情報を通信監理サーバ２０から受け取る。以降、通信部４２２が受信する路側機３の情報が、車載機４が路側機３との無線通信を行うために用いる車載機用認証情報と、路側機３の認証可能範囲情報と、路側機３の無線環境マップ情報とを含む場合について説明する。

【0054】

ステップＳ０３の後、図３ＡのステップＳ０４が実行される。ステップＳ０４において、車載機４の推定部４２３は、路側機３との通信可能時間を推定する。ここで、推定部４２３は、車両４０の走行計画情報と、車両４０の位置と、車両４０の速度と、路側機３の認証可能範囲と、無線環境マップ８とに基づいて、車載機４が路側機３との無線通信の認証手続を開始できる地点および／または時刻と、認証手続きが完了した後に車載機４が路側機３との無線通信を開始できる地点および／または時刻と、車両４０が通信可能範囲から出て路側機３との無線通信ができなくなる地点および／または時刻とを推定する。推定部４２３は、これらの結果に基づいて、路側機３との通信を行える通信可能範囲の内側に車両４０が滞在する通信可能時間を推定する。

【0055】

ステップＳ０４の後、図３ＡのステップＳ０５が実行される。ステップＳ０５において、車載機４の判定部４２４は、車両４０が路側機３の通信可能範囲の内側に滞在している間に想定されるデータの送受信を行えるか否かを判定する。ここで、まず、車載機４の推定部４２３が、想定されるデータのデータ量を表すデータ量情報と、無線環境マップ情報とに基づいて、車載機４が想定されるデータを路側機３から受信するために必要な必要通信時間を推定する。次に、判定部４２４が、必要通信時間と、ステップＳ０４で推定された通信可能時間とを比較する。必要通信時間が通信可能時間より長い場合、判定部４２４は想定されるデータの送受信を行うことはできないと判定し（Ｎｏ）、処理は図３ＡのステップＳ０６へ進む。反対に、必要通信時間が通信可能時間未満である場合、判定部４２４は想定されるデータの送受信を行うことができると判定し（Ｙｅｓ）、処理は図３ＢのステップＳ０７へ進む。

【0056】

図３ＡのステップＳ０６において、車載機４の通信部４２２は、注目していた路側機３とは別の路側機３または通信監理サーバ２０とデータの送受信を行う。

【0057】

ここで、別の路側機３とデータの送受信を行う場合は、図３Ａおよび図３Ｂに示したフローチャートの処理を一度終了して再度開始し、ステップＳ０１を再度実行し、近くに別の路側機３が存在する場合はこの別の路側機３についてステップＳ０２以降を再度実行する。

【0058】

もしくは、通信監理サーバ２０とデータの送受信を行う場合は、通信監理サーバ２０が中継することによって路側機３から車載機４へのデータの送受信を行う。このデータの送受信が完了すると、図３Ａおよび図３Ｂに示したフローチャートの処理は終了する。

【0059】

図３ＢのステップＳ０７において、車載機４の通信部４２２は、路側機３の認証パラメータを登録する。ここで、認証パラメータは、路側機３の受信状態チャネル情報と、路側機３との認証手続を行うために用いるＩＤおよびパスワードとを含む。

【0060】

ステップＳ０７の後、図３ＢのステップＳ０８が実行される。ステップＳ０８において、車載機４の判定部４２４は、車両４０の現在の位置を測定した位置情報と、路側機３の認証可能範囲情報とに基づいて、車載機４が認証可能範囲に入ったか否かを判定する。ここで、車載機４が認証可能範囲に入っていないと判定された場合（Ｎｏ）は、処理は図３ＢのステップＳ０８を繰り返す。反対に、車載機４が認証可能範囲に入ったと判定された場合（Ｙｅｓ）は、処理は図３ＢのステップＳ０９へ進む。

【0061】

図３ＢのステップＳ０９において、車載機４の通信部４２２は、路側機３に接続する。ここで、通信部４２２は、第２通信装置４６を制御し、ステップＳ０７で登録した認証情報を用いて路側機３との認証手続を行う。

【0062】

このとき、車載機４は、予め路側機３から指定された受信状態チャネルを用いて認証手続を行うため、路側機３が有する複数の周波数チャネルをスキャンして受信状態チャネルを探す処理を省略できることに注目されたい。発明者らによる実験では、無線ＬＡＮの認証手続を行うときに、周波数チャネルのスキャン処理を含めて行った場合は約６秒の認証時間が必要であった一方で、周波数チャネルのスキャン処理を省略する以外は同じ条件で認証手続を行った場合は認証時間を約０．５秒まで短縮できた。認証時間が短縮されると、通信可能時間がその分だけ多く確保できるので、周波数チャネルのスキャン処理が必要な場合と比較して、車載機４は路側機３からより多くのデータを受け取ることができる。

【0063】

ステップＳ０９の後、図３ＢのステップＳ１０が実行される。ステップＳ１０において、車載機４の通信部４２２は、第２通信装置３６を制御して、路側機３とデータの送受信を行う。

【0064】

ステップＳ１０の後、図３ＢのステップＳ１１が実行される。ステップＳ１１において、車載機４の通信部４２２は、路側機３との接続を切断する。このとき、通信部４２２は、ステップＳ０７で登録した認証情報を破棄してもよい。

【0065】

ステップＳ１１が終了すると、図３Ａおよび図３Ｂに示したフローチャートの処理は終了する。その後、次の路側機３との通信を行うために同じフローチャートの処理を再度開始してもよい。

【0066】

以上に説明したように、一実施の形態による通信システム１、通信方法および通信プログラムは、走行する車両４０に搭載された車載機４と、車両４０が通過する経路の近傍に設置された路側機３との無線通信における接続および認証を高速化することができる。

【0067】

なお、通信監理サーバ２０は、路側機３の情報とは別に、車両４０の現在位置の付近における交通状況の最新情報などを、車載機４に、適宜なタイミングで送信してもよい。

【0068】

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、車載機４の路側機情報記憶部４３２に路側機３の位置などを表す路側機情報を格納している場合の構成について説明した。本実施の形態では、車載機４が路側機情報を有していない場合の構成について説明する。本実施の形態による車載機４は、図２Ｃに示した第１の実施の形態による車載機４と同様に構成されてもよいが、路側機情報記憶部４３２は省略可能である。

【0069】

図７のフローチャートを参照して、本実施の形態による通信方法について説明する。図７のフローチャートは、図３Ａのフローチャートのうち、ステップＳ０１～ステップＳ０３を、ステップＳ２１およびステップＳ２２に置き換えることで得られる。

【0070】

本実施の形態において、車載機４が動作を開始すると、図７のステップＳ２１が実行される。ステップＳ２１において、車載機４の通信部４２２が、車両４０の位置を表す位置情報を通信監理サーバ２０に送信する。ここで、車両４０の位置情報は、図３ＡのステップＳ０１の場合と同様に、車載機４の測位部４２１が車両４０の位置を測定することによって得られる。車載機４の通信部４２２は、第１通信装置４５を制御して通信監理サーバ２０との無線通信を行い、車両４０の位置情報と、車載機４の車載機識別情報とを対応付けて、通信監理サーバ２０へ送信する。車載機４の通信部４２２は、位置情報および車載機識別情報を、複数回にわたって通信監理サーバ２０へ送信してもよいし、周期的に送信してもよい。

【0071】

通信監理サーバ２０の通信部２２１は、第２通信装置２５を制御して、車載機４から位置情報と車載機識別情報とを受信する。本実施の形態において、第１の実施の形態の場合と同様に、車載機４と通信監理サーバ２０との無線通信は、車載機４が動作を開始したときに開始してもよいし、車載機４が動作を終了するまで継続してもよい。

【0072】

通信監理サーバ２０のデータベース制御部２２３は、第３通信装置２６を制御して無線環境データベース２００にアクセスし、車両４０の進行方向に存在し、かつ、車両４０から最も近い路側機３の情報を抽出する。ここで、車両４０の進行方向は、例えば、通信監理サーバ２０の管理部２２２が、車両４０の複数の位置情報に基づいて算出することによって得られる。

【0073】

通信監理サーバ２０の通信部２２１は、抽出した路側機３の情報を、第１の実施の形態における図３ＡのステップＳ０２の場合と同様に、車載機４に送信する。このとき、路側機３の情報は、路側機３から受信した車載機用認証情報と、路側機３の認証可能範囲情報と、路側機３の無線環境マップ情報とを含む。ここで、車載機用認証情報は、第１の実施の形態の場合と同様に、通信監理サーバ２０からのリクエストに応じて路側機３が生成したものである。また、認証可能範囲情報は、第１の実施の形態の場合と同様に、通信監理サーバ２０の管理部２２２が生成したものである。さらに、無線環境マップ情報は、第１の実施の形態の場合と同様に、無線環境データベース２００から取得されたものである。

【0074】

ステップＳ２１の後、図７のステップＳ２２が実行される。ステップＳ２２において、車載機４の判定部４２４は、路側機３の情報を通信監理サーバ２０から受け取ったか否かを判定する。車載機４の通信部４２２が路側機３の情報を通信監理サーバ２０から受け取った場合（Ｙｅｓ）、判定部４２４は受け取ったと判定し、処理は図３ＡのステップＳ０４へ進む。反対に、車載機４の通信部４２２が路側機３の情報を通信監理サーバ２０から受け取っていない場合（Ｎｏ）、判定部４２４は受け取っていないと判定し、処理は図７のステップＳ２１へ戻る。車載機４の処理は、路側機３の情報を通信監理サーバ２０から受け取るまで、図７のステップＳ２１およびＳ２２を繰り返す。

【0075】

図７のフローチャートのステップＳ０４～Ｓ０６については、図３Ａのフローチャートの場合と同様である。また、図７のフローチャートから続く処理は、図３Ｂのフローチャートの処理と同様である。

【0076】

以上に説明したように、本実施の形態による通信システム１、通信方法および通信プログラムは、走行する車両４０に搭載された車載機４が路側機３の位置情報を有していない場合でも、路側機３の位置情報を通信監理サーバ２０から取得することによって、第１の実施の形態の場合と同様に、車両４０が通過する経路の近傍に設置された路側機３との無線通信における接続および認証を高速化することができる。

【0077】

（変形例、その１）
ここまで、車両４０の自動走行についての説明を省略したが、車載機４が自動走行を実現するための構成を備えてもよいことは言うまでもない。例えば、車載機４は車両４０との間で各種の信号の送受信を行うための通信装置をさらに備えていてもよいし、車載機４の演算装置４２は車両４０の走行を制御するための制御部をさらに備えていてもよい。

【0078】

（変形例、その２）
上記の実施の形態では、車両４０の現在速度を、車両４０の位置情報から算出できる構成について説明した。この構成の変形例として、車載機４は、車両４０の速度計から車両４０の速度を表す情報を取得してもよい。この場合、車載機４は、図７のステップＳ２１において車両４０の位置情報を通信監理サーバ２０に送信するとき、さらに、車両４０の速度を表す速度情報を通信監理サーバ２０に送信してもよい。また、この場合、通信監理サーバ２０は、車載機４から受信した速度情報に基づいて路側機３を抽出してもよい。

【0079】

（変形例、その３）
上記の実施の形態では、路側機３の認証可能範囲を通信監理サーバ２０の管理部２２２が推定する構成について説明した。この構成の変形例として、車載機４の推定部４２３が路側機３の認証可能範囲を算出してもよい。この場合は、図３ＡのステップＳ０３と、図７のステップＳ２２とにおいて、車載機４が通信監理サーバ２０から受け取る路側機３の情報から、認証可能範囲情報を省略してもよい。また、図７のステップＳ２２において、車載機４が通信監理サーバ２０から受け取る路側機３の情報は、路側機３の通信可能範囲を表す通信可能範囲情報をさらに含んでもよい。

【0080】

以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0081】

１ 通信システム
２ サーバシステム
２０ 通信監理サーバ
２１ バス
２２ 演算装置
２２１ 通信部
２２２ 管理部
２２３ データベース制御部
２３記憶装置
２３０ 記録媒体
２３１ サーバプログラム記憶部
２４ 第１通信装置
２５ 第２通信装置
２６ 第３通信装置
２７ 入出力装置
２００ 無線環境データベース
３ 路側機
３１ バス
３２ 演算装置
３２１ 観測部
３２２ 通信部
３２３ 管理部
３３ 記憶装置
３３０ 記録媒体
３３１ 路側機プログラム記憶部
３４ 観測装置
３５ 第１通信装置
３６ 第２通信装置
３７ 入出力装置
４ 車載機
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ 車両
４１ バス
４２ 演算装置
４２１ 測位部
４２２ 通信部
４２３ 推定部
４２４ 判定部
４３ 記憶装置
４３０ 記録媒体
４３１ 車載機プログラム記憶部
４３２ 路側機情報記憶部
４４ 測位装置
４５ 第１通信装置
４６ 第２通信装置
４７ 入出力装置
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 観測端末
８ 無線環境マップ
８０ 凡例
８１ 送信メッシュ
８２ メッシュ
９１ 第１の通信手段
９１１、９１２ 通信手段
９２ 第２の通信手段
９２１、９２２ 通信手段
９３ 第３の通信手段
９３１、９３２ 通信手段

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】