JP6105250B2

JP6105250B2 - コグニティブ無線システムにおける無線通信方法および無線通信装置

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Publication number: JP6105250B2
Application number: JP2012228800A
Authority: JP
Inventors: オヌルアルトゥンタシュ; 亮吉大西; 井原　隆; 隆井原; 祐二尾家; 正人鶴; 和也塚本
Original assignee: Kyushu Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kyushu Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: JP2014082612A

Description

本発明は、コグニティブ無線システムにおける無線通信技術に関し、特に、あらかじめ定められた制御チャネルを持たないアドホックコグニティブ無線ネットワークにおいて無線接続を確立して通信を開始するための技術に関する。

近年、未使用の周波数を検出して利用するコグニティブ無線システムの研究・開発が進められている。使用可能な周波数は、プライマリーユーザの通信や端末の移動などによって、時間的にも空間的にも随時変化する。したがって、通信に利用する適切な周波数を迅速に決定することが重要である。

このようなコグニティブ無線システムに関する研究は、共通の制御チャネルの存在を前提とすることが多い。

たとえば、非特許文献１では、共通スペクトラム調整チャネル（Common Spectrum Coordination Channel: CSCC）を利用する手法が提案されている。各無線ノードは、ＣＳＣＣ上で周波数使用情報（たとえば、ＩＥＥＥＭＡＣアドレスなどのユーザＩＤ、使用周波数帯や送信電力など）を定期的にブロードキャストする。隣接するノードは、これらの通知を観測することにより、新たにアクティブになったユーザは、スペクトラム・アクティビティーのマップを作成し、利用可能な周波数があればそれを選択する。

また、ＩＥＥＥ８０２．２２のようなベースステーション（ＢＳ）が存在するシステムでは、各端末の周波数利用状況検出結果を基にＢＳが周波数チャネルを各端末に割り当てる。ＢＳのような制御部が周波数チャネルの割当を行うので、接続確立時に送受信ノード間で利用する周波数チャネル等を交換する必要がなくなる。また、通信中に電波状況が変化して利用する周波数チャネルを切り替える場合も、ＢＳから指示が送られるので切り替えが容易である。

しかしながら、アドホック無線通信のようなインフラ（アクセスポイント等）を使用しない無線通信システムでは、このような共通の制御チャネルや中央集権的な制御部を利用できない。

X. Jing, D. Raychaudhuri, "Spectrum Co-existence of IEEE 802.11b and 802.16a Networks using the CSCC Etiquette Protocol", Proceedings of IEEE DySPAN 2005, Nov. 2005

本発明は、固定された制御チャネルが存在しないコグニティブ無線通信システムにおいて、利用可能な周波数の中から適切な制御チャネルを迅速かつ確実に確立できる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、以下の手段または処理によってコグニティブ無線システムにおける無線通信を行う。

本発明の無線通信方法では、場所ごとにあらかじめ定められた第１の制御チャネルと、グループの間で利用する第２の制御チャネルの、２階層型の制御チャネルを用いる。第１の制御チャネル上で送受信される情報に基づいて、グループの形成および第２の制御チャネルの確立を行う。また、第２の制御チャネル上で送受信される情報に基づいて、データチャネルを確立する。

より具体的には、本発明の一態様に係る無線通信方法は、利用可能なチャネルを用いて無線通信装置間で無線通信を行うコグニティブ無線システムにおける無線通信方法であって、場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立するステップと、前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、無線通信装置間で送受信するステップと、前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択するステップと、第２の制御チャネルを選択するステップと、前記グループノードの間で、前記第２の制御チャネルを確立するステップと、前記第２の制御チャネルを介して、前記グループノードのそれぞれが利用可能なチャネルを、グループノード間で送受信するステップと、前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノード間でデータチャネルを確立するステップと、を含む。

このように、階層型の制御チャネルを用いることで、迅速かつ確実な制御チャネルの確立が実現できる。

また、本発明において、前記データチャネル上で、プライマリーユーザによる通信を検知するステップと、前記データチャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知された場合に、前記第２の制御チャネルを介して、その旨の通知を行うステップと、前記通知に応答して、前記グループノード間でデータチャネルを再確立するステップと、をさらに含むことが好ましい。

データチャネル上にプライマリーユーザが出現した場合は、即座にデータチャネルを解放することが要求されるが、第２の制御チャネル上でその旨の通知を行うことで、即座にデータチャネルを解放できる。また、第２の制御チャネル上で情報交換を行っているので、新しいデータチャネルの確立も迅速かつ容易に行える。

また、本発明において、前記第２の制御チャネル上で、プライマリーユーザによる通信を検知するステップと、前記第２の制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知された場合に、前記第１の制御チャネルを介して、その旨の通知を行うステップと、前記通知に応答して、前記グループノード間で第２の制御チャネルを再確立するステップと、をさらに含むことも好ましい。

第２の制御チャネル上にプライマリーユーザが出現した場合は、即座に第２の制御チャネルを解放することが要求されるが、第１の制御チャネル上でその旨の通知を行うことで、即座に第２の制御チャネルを解放できる。また、第１の制御チャネル上で情報交換を行っているので、新しい第２の制御チャネルの確立も迅速かつ容易に行える。

また、本発明において、前記第１の制御チャネル上で、プライマリーユーザによる通信を検知するステップと、前記第１の制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知された場合に、前記第１の制御チャネルを介して、その旨の通知を行うステップと、前記通知に応答して、前記無線通信装置間で第１の制御チャネルを再確立するステップと、をさらに含む、ことも好ましい。

第１の制御チャネル上にプライマリーユーザが出現した場合は、即座に第１の制御チャネルを解放することが要求されるが、第１の制御チャネル上でその旨の通知を行うことで、即座に第１の制御チャネルを解放できる。また、第１の制御チャネルを利用している無線通信装置のうち、プライマリーユーザの出現を検知できる無線通信装置が一部のみの場合であっても、第１の制御チャネル上で通知を行うことで全ての無線通信装置が既存の第１の制御チャネルの利用を中止し、新しい第１の制御チャネルを確立することができる。

本発明における前記第１の制御チャネルを確立するステップは、場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルを取得するステップと、前記複数のチャネルの中に、すでに第１の制御チャネルとして利用されているチャネルが存在するか判定するステップと、前記複数のチャネルの中に第１の制御チャネルとして利用されているチャネルが存在しない場合には、前記複数のチャネルの中からプライマリーユーザが利用していないチャネルを第１の制御チャネルとして選択するステップと、を含む、ことも好ましい。

上記において、前記複数のチャネルの中からプライマリーユーザが利用していないチャネルを選択する際に、プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順に、プライマリーユーザが利用しているか否か判定を行う、ことも好ましい。

プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順にセンシングを行うことで、プライマリーユーザが利用していないチャネルを即座に見つけられるようになるとともに、選択されたチャネルにおいてプライマリーユーザが出現する確率が低く長期間利用可能なことが期待できる。

また、本発明において、前記グループノードを選択するステップでは、位置の差、移動方向の差、および移動速度の差が、それぞれ所定の閾値以内の無線通信装置を、グループノードとして選択する、ことも好ましい。

第１の制御チャネルを介して、位置や移動に関する情報が通知されるので、これらの情報に基づいて、位置や移動方向や移動速度が近しい無線通信装置をグループノードとして選択することで、グループノード間の位置関係が比較的長期間保たれ、グループ間の通信が長期間可能となる。

また、本発明において、前記第２の制御チャネルを選択するステップは、前記グループノード間の通信において要求される通信距離および通信速度に基づいて、第２の制御チャネルの範囲を選択するステップと、前記第２の制御チャネルの範囲の中から、プライマリーユーザが利用していないチャネルを第２の制御チャネルとして選択するステップと、を含む、ことも好ましい。

このようにすれば、第２の制御チャネルとして適切なチャネルを選択することができる。

また、前記第２の制御チャネルの範囲の中から第２の制御チャネルを選択する際に、プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順に、プライマリーユーザが利用しているか否か判定を行う、ことも好ましい。

また、本発明において、前記第２の制御チャネルを選択する際に、時刻を入力として複数のチャネルを出力とするハッシュ関数と、現在時刻とを用いて、前記通信距離および通信速度に基づいて選択された第２の制御チャネルの範囲をさらに絞り込む、ことも好ましい。

通信距離と通信速度の要件から求められる第２の制御チャネルの範囲が広い場合には、チャネルの範囲を絞り込むことが好ましい。上記のようにハッシュ関数を用いて絞り込みを行うことで、より迅速に第２の制御チャネルを選択することができる。

なお、本発明は、上記処理の少なくとも一部を有するコグニティブ無線システムにおける無線通信方法、またはこの方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。また、本発明は、上記処理を実行するための各手段を有する無線通信装置として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、固定された制御チャネルが存在しないコグニティブ無線通信システムにおいて、利用可能な周波数の中から適切な制御チャネルを迅速かつ確実に確立できる。

ゾーン制御チャネル（ＺＡＣＣ）および車群制御チャネル（ＳＡＣＣ）を説明する図である。本実施形態における通信処理の流れを示すフローチャートである。ゾーン制御チャネルおよび車群制御チャネルの状態に着目した、無線通信装置の状態遷移図である。無線通信装置の構成図である。無線通信装置の機能構成図である。ゾーンおよびゾーン番号を説明する図である。ゾーン制御チャネル候補の割り当て方法を説明する図である。ゾーン情報を示す図である。ゾーン制御チャネル確立処理の流れを示すフローチャートである。ゾーン制御チャネル確立処理の流れを示すフローチャートである。ゾーン制御チャネル確立後の処理の流れを示すフローチャートである。ゾーン制御チャネル上で送信されるデータ内容を説明する図である。車群制御チャネル確立処理の流れを示すフローチャートである。車群制御チャネル確立処理における車群形成ノード決定処理の流れを示すフローチャートである。車群形成範囲を説明する図である。車群制御チャネル確立処理における車群制御チャネル候補決定処理の流れを示すフローチャートである。車群制御チャネル候補の決定方法を説明する図である。車群制御チャネル確立処理における車群形成処理の流れを示すフローチャートである。車群制御チャネル確立後の処理の流れを示すフローチャートである。車群制御チャネル上で送信されるデータ内容を説明する図である。データチャネル確立後の処理の流れを示すフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

＜システム概要＞
本発明の実施形態にかかるシステムは、周波数利用に関する免許を有するユーザ（プライマリーユーザ）に割り当てられた周波数のうち、プライマリーユーザによって使用されていない周波数を利用して通信を行うコグニティブ無線通信システムである。なお、プライマリーユーザに割り当てられているが実際には利用されていない周波数のことをホワイトスペースという。本実施形態では、このようなホワイトスペースを用いて通信を行うことで、周波数の利用効率を向上させる。

本実施形態にかかるコグニティブ無線システムを構成するノード（無線通信装置）は、移動可能な無線通信装置である。特に、本実施形態では、車両に搭載された無線通信装置から構成されるコグニティブ無線システムについて説明する。なお、以下では説明の簡略化のために車載通信装置と車両とを区別せずに説明し、例えば、車載通信装置同士が通信することを車両同士が通信するなどと記載する。

本実施形態では、ホワイトスペースを用いて通信を行う際に、ホワイトスペース上に２つの制御チャネルを確立する。そして、２つの制御チャネルを使ってノード間で情報交換を行い、データ通信を行うためのデータチャネルを確立する。また、通信中にプライマリーユーザによる通信が開始してチャネルが利用不可能になった場合には、その旨を他のチャネルで通知して、別の周波数においてチャネルを確立する。

なお、車両用の無線通信のために専用の無線帯域が割り当てられることが想定されている。したがって、この帯域をコグニティブ無線における制御チャネルとして使用することも考えられるが、専用帯域をコグニティブ無線のために消費してしまう事態はさけるべきという思想の元に、本発明では制御チャネルをホワイトスペース上で確立する。本発明においては、車両用の無線システムに専用帯域が割り当てられることを除外するものではないが、このような専用帯域の存在を前提とせずにコグニティブ無線を実現する。

図１は、２つの制御チャネルについて説明する図である。第１の制御チャネルは、場所（ゾーン）ごとにあらかじめ定められた複数の候補の中から選択される制御チャネルである。図１においては、六角形のゾーンごとに第１の制御チャネルが確立される。この第１の制御チャネルのことを、本明細書では「ゾーン制御チャネル」と称する。また、ゾーン制御チャネルのことをＺＡＣＣ (Zone Aware Control Channel)とも表記する。第１の制
御チャネル上では車両の位置や移動に関する情報を交換して、空間的に近い場所に位置する車両の状況を把握するために用いられる。

第２の制御チャネルは、ゾーン内に位置する車両のうち、車群を形成する車両の間で確立される制御チャネルである。ゾーン制御チャネルを介して、ゾーン内の各車両の位置や移動に関する情報が通知されるので、近い場所に位置し、同じような方向に、同じような速度で移動する車両同士で、車群を形成する。図１の例では、ＺＡＣＣ１内のノードＮ１，Ｎ２は互いに移動方向が異なるので車群は形成されず、ＺＡＣＣ２内のノードＮ３，Ｎ４は移動方向および移動速度が類似するので車群を形成して、第２の制御チャネルを確立する。第２の制御チャネルのことを、本明細書では「車群制御チャネル」と称する。また、車群制御チャネルのことをＳＡＣＣ (Swarm Aware Control Channel）とも表記する。
第２の制御チャネル上では、各車両が利用可能な周波数に関する情報を交換して、データチャネルの確立のために用いられる。第２の制御チャネルは、利用可能な周波数の中から選択される。

データチャネルは、第２の制御チャネル上で通知される利用可能な周波数の中から選択されるチャネルである。データチャネルは単一のチャネルであっても良いし、複数のチャ
ネルであっても良い。本実施形態においては、データチャネルの確立方法やデータチャネル上で送信されるデータ内容については特に規定しない。

図２Ａは、本システムにおいて無線通信を行う際の処理を示したフローチャートである。まず、車両は位置情報に基づいてゾーン制御チャネルを確立し（Ｓ２１１）、ゾーン制御チャネル上で位置、移動方向および移動速度などの移動情報を、ゾーン内の他の車両との間で通知しあう（Ｓ２１３）。データ通信を行う車両は、移動度の類似する車両間で、車群制御チャネルを確立し（Ｓ２１５）、車群制御チャネル上で、利用可能なチャネルに関する情報を通知しあう（Ｓ２１７）。車群内の車両は、利用可能なチャネルに関する情報に基づいて、データチャネルを確立し（Ｓ２１９）、データチャネル上でデータ通信を行う（Ｓ２２１）。

このように、階層的な２つの制御チャネルを利用して、データチャネルを確立することで、それぞれの制御チャネル上で流れるデータ量を少なくすることができる。そして、ゾーン制御チャネル上でやりとりされる情報に基づいて、容易に車群制御チャネルを確立でき、さらに車群制御チャネル上でやりとりされる情報に基づいて、容易にデータチャネルを確立できる。また、いずれかのチャネルが切断した場合に、他のチャネルを利用して通知を行って代替のチャネルを確立することが迅速かつ容易に行える。ここで、チャネルの切断とは、プライマリーユーザによる通信の開始に伴って、そのチャネルを解放することによる切断を想定している。

図２Ｂは、ゾーン制御チャネルおよび車群制御チャネルの確立に関する、各車両の状態遷移を示す状態遷移図である。車両はエンジンが始動されると、ゾーン制御チャネルの確立を行う（２０１）。ゾーン制御チャネルが確立すると、ゾーン制御チャネル上で通信を行う（２０２）。車群を形成する対象の車両が決定すると、それらの車両の間で車群制御チャネルの確立を行う（２０３）。なお、この間もゾーン制御チャネル上では通信が行われる。車群制御チャネルが確立すると、ゾーン制御チャネルおよび車群制御チャネル上で通信を行う（２０４）。主に車群制御チャネルを介して車群内で利用可能な周波数状況を通知しデータチャネルを確立する（２０５）。なお、データチャネル確立中および確立後の状態については、本明細書では詳細には説明しない。

いずれのチャネルの確立後も、そのチャネルでプライマリーユーザによる通信を監視し、プライマリーユーザが通信を開始した場合には即座にチャネルを解放（切断）し、新たなチャネルを確立する。データチャネルが確立した状態（２０５）において、データチャネルが切断した場合には、ゾーン制御チャネルおよび車群制御チャネルでの通信状態（２０４）へ移行する。また、ゾーン制御チャネルおよび車群制御チャネルでの通信状態（２０４）において、車群制御チャネルが切断した場合には、ゾーン制御チャネルで通信を行いつつ車群制御チャネルを確立する状態（２０３）へ移行する。また、ゾーン制御チャネルおよび車群制御チャネルでの通信状態（２０４）において、ゾーン制御チャネルが切断した場合には、車群制御チャネルで通信を行いつつゾーン制御チャネルを確立する状態（２０６）へ移行する。

このように、２つの制御チャネルおよび１つのデータチャネルのいずれかが切断した場合であっても、他のチャネルを介して情報交換が可能であるので、即座に対応ができる。例えば、いずれかのチャネルにおいてプライマリーユーザが通信を開始した場合には、即座にそのチャネルでの通信を中止することが必要となるが、他のチャネルを介して通知を行うことで即座に通信を中止することができる。また、他のチャネルを介して情報交換が可能であるので、新しいチャネルの確立処理が容易かつ迅速に行える。

＜装置構成＞
図３は、本無線システムを構成する車載無線通信装置の構成図である。本実施形態においては、車載無線通信装置は、センシング用無線機３０１、ゾーン制御チャネル用無線機３０２、車群制御チャネル用無線機３０３、データチャネル用無線機３０４の４つの無線インタフェースと、制御用コンピュータ３１０、入出力装置３１１、ＧＰＳ装置３１２、および車両センサ３１３を有する。

センシング用無線機３０１は、広帯域（例えば３００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ）の周波数帯について、プライマリーユーザによる通信が行われているかをセンシング可能な無線インタフェースである。ゾーン制御チャネル用無線機３０２、車群制御チャネル用無線機３０３、およびデータチャネル用無線機３０４は、それぞれゾーン制御チャネル、車群制御チャネルおよびデータチャネルを確立しその上で通信するための無線インタフェースである。

本実施形態では、上記のような４つの無線インタフェースを採用しているが、その数は任意であって構わない。たとえば、１つの無線インタフェースで、複数のチャネルでの通信やプライマリーユーザのセンシングを兼用して行っても良い。また、１つのチャネルでの通信のために複数の無線インタフェースを採用しても良いし、複数の無線インタフェースを用いてセンシングを行っても良い。本発明では、物理的な無線インタフェースの数は特に限定されない。

制御用コンピュータ３１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、主記憶装置（ＲＡＭ）、補助記憶装置などを備えるコンピュータであり、主記憶装置上にロードされたプログラムを中央演算処理装置が実行することで、図４に示すような各機能部が実現される。

入出力装置３１１は、制御用コンピュータ３１０からの出力をユーザに提示するための画像表示装置や音声出力装置、ユーザからの入力を受け付ける入力装置などである。ＧＰＳ装置３１２は、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて車両の位置情報を取得する装置である。車両センサ３１３は、車両の状態を取得するためのセンサであり、例えば、速度センサ、加速度センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサなどが含まれる。

制御用コンピュータ３１０は、コンピュータプログラムを実行することにより、図４の機能ブロック図に示すように、ゾーン制御チャネル確立部４０１、ゾーン制御チャネル通信部４０４、車群制御チャネル確立部４０７、車群制御チャネル通信部４１１、プライマリーユーザ検知部４１４、利用可能チャネル記憶部４１５、他車両情報記憶部４１６、位置情報取得部４１７、センサ情報取得部４１８、データチャネル確立部４１９、データチャネル通信部４２０などの機能部が実現される。これらの機能部の詳細については、後ほど詳しく説明するが、ここでは簡単に説明する。

ゾーン制御チャネル確立部４０１は、ゾーン制御チャネルを確立するための機能部である。ゾーン制御チャネル確立部４０１は、ゾーン制御チャネル用無線機３０２を介した通信により、他の車両との間でゾーン制御チャネルを確立する。ゾーン制御チャネル確立部４０１は、ゾーン情報取得部４０２とゾーン制御チャネル選択部４０３を含む。ゾーン情報取得部４０２は、任意の場所がどのゾーンに属するかを判断するための情報および各ゾーンにおけるゾーン制御チャネルの候補を取得する。取得方法は本実施形態では特に限定されないが、例えば、専用帯域による無線通信やＦＭ多重放送などを利用して配信サーバから無線通信により取得する方法が考えられる。ゾーン制御チャネル選択部４０３は、どのチャネルを制御チャネルとするかを決定する。

ゾーン制御チャネル通信部４０４は、ゾーン制御チャネル上での通信を行う機能部であり、ゾーン制御チャネルメッセージ生成部４０５とプライマリーユーザ検知メッセージ生
成部４０６を含む。ゾーン制御チャネル通信部４０４は、ゾーン制御チャネル用無線機３０２を介した通信により、ゾーン制御チャネル上での通信を行う。ゾーン制御チャネルメッセージ生成部４０５は、ゾーン制御チャネル上で定期的に送信されるメッセージ（ＺＡＣＣメッセージ）を生成する。ＺＡＣＣメッセージには、車両の識別子（ＩＤ）、現在位置、走行速度、走行方向、送信時刻などの情報が含まれる。プライマリーユーザ検知メッセージ生成部４０６は、車群制御チャネル、ゾーン制御チャネル、またはデータチャネルのいずれかにおいてプライマリーユーザの通信が検知された場合に送信されるメッセージを生成する。プライマリーユーザ検知メッセージには、車両の識別子（ＩＤ）、プライマリーユーザが検知されたチャネル、送信時刻などの情報が含まれる。

車群制御チャネル確立部４０７は、車群制御チャネルを確立するための機能部であり、車群形成ノード決定部４０８、車群制御チャネル候補決定部４０９、車群形成要求生成部４１０を含む。車群制御チャネル確立部４０７は、ゾーン制御チャネル用無線機３０２および車群制御チャネル用無線機３０３を介した通信により、他の車両との間で車群制御チャネルを確立する。車群形成ノード決定部４０８は、ゾーン制御チャネル上で通知される情報に基づいて、車群を形成する対象のノードを決定する。具体的には、自車両と近い位置に存在し、類似する方向に類似する速度で移動している車両を、車群を形成するノードとして決定する。車群チャネル候補決定部４０９は、どのチャネルを車群制御チャネルとして利用するかを決定する。車群形成要求生成部４１０は、車群を形成するノードに対してゾーン制御チャネル上で送信されるメッセージである車群形成要求メッセージを生成する。車群形成要求メッセージには、自車両の識別子（ＩＤ）、車群を形成する車両群の識別子、送信時刻などが含まれる。

車群制御チャネル通信部４１１は、車群制御チャネル上での通信を行う機能部であり、車群制御チャネルメッセージ生成部４１２とプライマリーユーザ検知メッセージ生成部４１３を含む。車群制御チャネル通信部４１１は、車群制御チャネル用無線機３０３を介した通信により、車群制御チャネル上で他の車両と通信を行う。車群制御チャネルメッセージ生成部４１２は、車群制御チャネル上で定期的に送信されるメッセージ（ＳＡＣＣメッセージ）を生成する。ＳＡＣＣメッセージには、車両の識別子（ＩＤ）、現在位置、利用可能なチャネル、送信時刻などが含まれる。プライマリーユーザ検知メッセージ生成部４１３は、データチャネルまたはゾーン制御チャネルのいずれかにおいてプライマリーユーザの通信が検知された場合に送信されるメッセージを生成する。プライマリーユーザ検知メッセージには、車両の識別子（ＩＤ）、プライマリーユーザが検知されたチャネル、送信時刻などの情報が含まれる。

データチャネル確立部４１９は、データチャネル用無線機３０４を介した通信により、車群内でデータチャネルを確立する機能部である。データチャネル通信部４２０は、データチャネル用無線機３０４を介した通信により、車群内でデータチャネル上で通信を行う機能部である。データチャネルの確立やデータチャネルにおける通信は、任意の手法で行えば良く、本明細書では特に規定されないので、データチャネル確立部４１９やデータチャネル通信部４２０の詳細な説明については省略する。

プライマリーユーザ検知部４１４は、センシング用無線機３０１を制御して、任意のチャネル上でプライマリーユーザによる通信が行われているか否かを検知する機能部である。プライマリーユーザの検知のためのセンシング方法は、検知対象のプライマリーユーザによる通信方式にあわせて、既存の任意のアルゴリズムにより行う。

利用可能チャネル記憶部４１５は、自車両および他車両が利用可能なチャネルについての情報を記憶する機能部である。自車両が利用可能なチャネルは、プライマリーユーザ検知部４１４の検知結果から取得可能である。他車両が利用可能なチャネルは、他車両が車
群制御チャネルを介して送信するＳＡＣＣメッセージに基づいて取得可能である。

他車両情報記憶部４１６は、他車両についての情報、主に、車両ＩＤ、位置、進行方向および走行速度に関する情報を記憶する機能部である。これらの情報は、他車両がゾーン制御チャネルを介して送信するＺＡＣＣメッセージに基づいて取得可能である。

位置情報取得部４１７は、ＧＰＳ装置３１２から自車両の現在位置を取得する機能部である。センサ情報取得部４１８は、車両センサ３１３から自車両の状態に関する情報、例えば、走行方向、走行速度、加速度などを取得する。なお、位置情報や自車両の状態に関する情報を取得する際に、ＧＰＳ装置やセンサから得られる情報のみだけでなく、その他の情報、例えば地図情報などを利用しても良い。

＜Ａ．ゾーン制御チャネル（ＺＡＣＣ）＞
Ａ−１．概要
ここでは、ゾーン制御チャネルについて説明する。ゾーン制御チャネルは、地表を仮想的にゾーンに分割し、それぞれのゾーンにおいて共通して用いられる制御チャネルである。各ゾーン内に位置する車両は、ゾーン制御チャネルを介して通信可能である。ゾーン制御チャネルは、ゾーン内に位置する車両の位置や移動情報を取得し、車群制御チャネルを確立するために用いられる。

ゾーンは、図５に示すように、それぞれが正六角形の領域であり、一つの地域においてはゾーンの大きさは一定である。ゾーンの大きさは、プライマリーユーザの利用率や、交通量（ノード数）に応じて設計することが好ましいが、例えば、数ｋｍから数十または百ｋｍ程度の大きさとすることが考えられる。また、異なる地域ではゾーンの大きさは異なっていても構わない。

それぞれのゾーンには、ゾーン番号が割り振られ、ゾーン番号ごとにゾーン制御チャネルの候補チャネルが割り当てられる。ここで、ゾーン内での隠れ端末問題を考慮すると、ゾーン制御チャネルの通信範囲は、半径（ゾーン中心から六角形の頂点までの距離）の２倍とすることが好ましい。そして、このような通信範囲を持つチャネルがゾーン間で干渉しないためには、図４に示すように７つのゾーン番号を周期的に割り当てる必要がある。ただし、ゾーン番号は７つである必要は無く、ゾーン間での干渉が避けられる周波数割当であればゾーン番号の数は７つより多くても構わない。

それぞれのゾーンには、ゾーン制御チャネルの候補（ＺＡＣＣ候補）が割り当てられる。プライマリーユーザにより利用されていない場合のみ通信可能であることを考慮し、それぞれのゾーンには、複数のＺＡＣＣ候補が割り当てられる。その数は任意であって構わない。ここで、各ゾーンのＺＡＣＣ候補上でのプライマリーユーザの利用率が公平になるように割当を行うことが、必須ではないが好ましい。図６に示すように、ＺＡＣＣ候補となりうる周波数を、プライマリーユーザの利用率が低いものから順にｆ１，ｆ２，ｆ３，・・・としたときに、ｆ１からｆ７をゾーン番号Ｚ１〜Ｚ７に割り当て、ｆ８〜ｆ１４は逆にゾーン番号Ｚ７〜Ｚ１に割り当てる。このような割り当てを行うことで、どのゾーンにおいてもＺＡＣＣ候補上でプライマリーユーザが通信を行う確率を平均化することができる。

車両は、どのゾーン番号のゾーンに所属するかを位置情報に基づいて判断する。そのためには、図７に示すようなゾーン情報をあらかじめ取得する。ゾーン情報は、各ゾーン番号について、その中心位置とＺＡＣＣ候補の周波数とを表した情報である。図７の例では、各ゾーンの中心位置として１つの位置のみが与えられているが、ゾーンは周期的に繰り返し配置されるので、１つのゾーン中心位置に基づいて、車両が位置する場所付近におけ
る各ゾーンの中心位置を求めることができる。車両が所属するゾーンの番号は、車両の現在位置から中心位置が最も近いゾーンの番号として求めることができる。なお、車両の所属ゾーンの判定方法はここで説明した以外の方法でも可能であり、例えば、互いに６０度で交わる座標軸を用いてこの座標系での不等式を用いた領域判定を行うことによってもゾーン番号を取得可能である。

ゾーン情報には、ＺＡＣＣ候補の周波数も含まれるので、車両は所属ゾーンのＺＡＣＣ候補の中からゾーン制御チャネルを決定することができる。

ゾーン情報を車両に配布する方法は任意であって構わない。例えば、任意の方式の無線通信（例えば、ＩＴＳ（Intelligent Transport System）専用の帯域を用いた無線通信）によって、配信センタから車両にゾーン情報を送信するようにしても良い。また、ＦＭ多重放送や光ビーコンなどによって、車両に送信するようにしても良い。

Ａ−２．ゾーン制御チャネル確立処理
次に、車両がゾーン制御チャネルを確立する処理について、図８Ａ、図８Ｂを参照して説明する。ステップＳ８０１〜Ｓ８０５は、車両が所属するゾーン番号を取得する処理である。まず、ゾーン情報取得部４０２が、例えば配信センタから無線通信により、図７に示すようなゾーン情報を受信する（Ｓ８０１）。また、位置情報取得部４１７が、ＧＰＳ装置３１２から自車両の位置情報を取得する（Ｓ８０３）。ゾーン制御チャネル確立部４０１は、自車の位置と最も近いゾーンの中心位置を算出することによって、自車両が所属するゾーン番号を取得する（Ｓ８０５）。このようにして、車両は自らが所属するゾーン番号を取得することができる。

ステップＳ８０７〜Ｓ８１５の処理は、すでに確立されたゾーン制御チャネルが存在するか否かを判定する処理である。まず、ゾーン制御チャネル選択部４０３は、自らが所属するゾーン番号におけるＺＡＣＣ候補を、プライマリーユーザの利用率が低い順にソートする（Ｓ８０７）。この処理は必須ではないが、プライマリーユーザによる利用率が低いチャネルほどゾーン制御チャネルとして選択される可能性が高い（後述）ため、既存のゾーン制御チャネルを素早く見つけるために役立つ。ゾーン制御チャネル選択部４０３は、ソートされた順番でセンシング対象のチャネルを決定し（Ｓ８０９）、そのチャネル上でゾーン制御チャネルメッセージが送信されているか否かを判定する狭帯域センシングを実施する（Ｓ８１１）。なお、本明細書において狭帯域センシングとは、特定のチャネルにおいて通信が存在するか否かを判定する処理である。ステップＳ８１１では、センシング対象のチャネル上で、セカンダリーユーザ（車両）による通信、すなわちゾーン制御チャネルメッセージの送信が行われているか否かを判定する。この狭帯域センシングは、少なくともゾーン制御チャネルメッセージの送信間隔以上の時間行う。

狭帯域センシングによってゾーン制御チャネルメッセージが確認できた場合（Ｓ８１３−ＹＥＳ）は、そのチャネルがゾーン制御チャネルとして利用されていることを意味するので、ゾーン制御チャネル選択部４０３は、このチャネルをゾーン制御チャネルとして決定する（Ｓ８２３）。狭帯域センシングの結果、ゾーン制御チャネルが確認できない場合には（Ｓ８１３−ＮＯ）は、全てのＺＡＣＣ候補を狭帯域センシングしていなければ（Ｓ８１５−ＮＯ）ステップＳ８０９に戻って次のＺＡＣＣ候補を狭帯域センシングする。一方、全てのＺＡＣＣ候補を狭帯域センシングしてもゾーン制御チャネルが見つからない場合（Ｓ８１５−ＹＥＳ）は、このゾーンの中ではまだゾーン制御チャネルが確立されていないことを意味する。処理は、ステップＳ８１７へ進む。

ステップＳ８１７〜Ｓ８２１は、ゾーン制御チャネルが存在しない状況において、ＺＡＣＣ候補の中からゾーン制御チャネルとして利用するチャネルを決定する処理である。ま
ず、ゾーン制御チャネル選択部４０３は、センシング対象のチャネルを決定する（Ｓ８１７）。ここでは、ステップＳ８０７のソート結果にしたがって、プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順番にセンシング対象のチャネルとして決定する。そして、このチャネルを対象として、プライマリーユーザによる通信が行われているか否かの判定を行う狭帯域センシングを実施する（Ｓ８１９）。プライマリーユーザによる通信が検知された場合には（Ｓ８２１−ＹＥＳ）、そのチャネルはゾーン制御チャネルとしては利用できないので、ステップＳ８１７へ戻り次のＺＡＣＣ候補を対象として狭帯域センシングを実施する。ＺＡＣＣ候補上でプライマリーユーザによる通信が検知されない場合（Ｓ８２１−ＮＯ）には、ゾーン制御チャネル選択部４０３は、このチャネルをゾーン制御チャネルとして選択する（Ｓ８２３）。プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順にセンシングをしているので、利用可能なチャネルが素早く見つかる上に、見つかったチャネルを長期間利用できる（プライマリーユーザの通信が行われない）ことが期待できる。

Ａ−３．ゾーン制御チャネル確立後の処理
ゾーン制御チャネルが確立した後の処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。なお、この処理はゾーン制御チャネルの確立後に定期的に実行される。まず、自車両の位置情報を、位置情報取得部４１７を介してＧＰＳ装置３１２から取得する（Ｓ９０１）。そして、ゾーン情報に基づいて自車両が所属するゾーン番号を取得する（Ｓ９０３）。現在所属するゾーンのゾーン番号が変更されている場合（Ｓ９０５−ＹＥＳ）には、ゾーンをまたぐ移動があったことを意味し、それまで使っていたゾーン制御チャネルを利用することは適当でなくなる。そこで、図８Ａ，図８Ｂに示すゾーン制御チャネル確立処理を再実行して、新しいゾーンでのゾーン制御チャネルを確立する。

自車両が所属するゾーン番号に変更がない場合（Ｓ９０５−ＮＯ）には、ゾーン制御チャネルを狭帯域センシングして、プライマリーユーザによる通信が行われているか否かを検知する（Ｓ９０７）。ゾーン制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知された場合（Ｓ９０９−ＹＥＳ）は、このチャネルの利用を即座に中止する必要がある。そこで、プライマリーユーザ出現報告メッセージを、ゾーン制御チャネル上で他の車両に通知し、ゾーン制御チャネルの再確立処理へ移行する。なお、プライマリーユーザの出現報告メッセージは、車群制御チャネルやデータチャネルで送信しても良いし、車両システム用の専用チャネルで送信しても良く、任意の方法で通知を行えば良い。プライマリーユーザ出現報告メッセージを受信した車両も、ゾーン制御チャネルの再確立処理を実行する。これにより、プライマリーユーザの出現に伴って、即座に新しいゾーン制御チャネルを確立できる。

ゾーン制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知されない場合（Ｓ９０９−ＮＯ）には、ゾーン制御チャネルメッセージを送信する（Ｓ９１１）。

Ａ−４．ゾーン制御チャネルメッセージ
次に、ゾーン制御チャネル上で送信されるメッセージについて説明する。ゾーン制御チャネルメッセージは、ゾーン制御チャネル上で、各車両が定期的に送信するメッセージである。各ゾーンには多数の車両が存在できるように、ゾーン制御チャネルメッセージのデータ量はできるだけ少なくし、かつ、送信間隔も比較的長くする。送信間隔は、例えば数秒から１分程度とするが、これより長くても短くても構わない。

ゾーン制御チャネルメッセージ生成部４０５が生成するゾーン制御チャネルメッセージには、図１０（Ａ）に示すように、送信車両の識別子（ＩＤ）、現在位置、走行速度、進行方向および送信時刻が含まれる。車両の現在位置は、位置情報取得部４１７を介してＧＰＳ装置３１２から取得される。走行速度は、センサ情報取得部４１８を介して車両センサ３１３である車速センサから取得される。進行方向は、例えば、位置情報取得部４１７
から得られる移動方向の履歴から緯度経度で表される方向として取得しても良いし、さらに地図情報を考慮してどの道路をどちら方向に移動しているか（例えば、道路Ｌを交差点Ｎ１から交差点Ｎ２へ向かう方向）という情報として取得しても良い。送信時刻は、ゾーン制御チャネルメッセージを送信する際に時刻である。

各車両は、ゾーン制御チャネル通信部４０４を介して、自車両のゾーン制御チャネルメッセージを他車両に送信するとともに、他車両から送信されるゾーン制御チャネルメッセージを受信する。これにより、ゾーン内に位置する車両は、互いの位置や進行方向、走行速度などが取得できる。これらの情報は、他車両情報記憶部４１６に格納される。

Ａ−５．プライマリーユーザ出現報告メッセージ
プライマリーユーザ出現報告メッセージは、車両が利用しているチャネルにプライマリーユーザが出現したときに送信されるメッセージである。ゾーン制御チャネル、車群制御チャネル、およびデータチャネルのいずれにおいてプライマリーユーザが出現した場合にも、送信されるメッセージのフォーマットは図１０（Ｂ）に示すように同一であって良い。プライマリーユーザ出現報告メッセージには、送信車両のＩＤ、プライマリーユーザが出現したチャネルおよび送信時刻が含まれる。なお、ゾーン制御チャネル上では、基本的に車群制御チャネル上にプライマリーユーザが出現した場合（図２の状態２０４から状態２０３の遷移）に、プライマリーユーザ出現報告メッセージを送信する。ただし、ゾーン制御チャネル上にプライマリーユーザが出現した場合も、その旨をゾーン制御チャネル上で通知するようにしても良い。この通知は行わなくても構わないが、必ずしもゾーン内の全てにおいてプライマリーユーザによる通信を受信するとは限らないので、ゾーン内の全車両が同時にゾーン制御チャネルを変更できるようにするために行っている。

＜Ｂ．車群制御チャネル（ＳＡＣＣ）＞
Ｂ−１．概要
次に、車群制御チャネルについて説明する。車群制御チャネルは、同一ゾーン内に位置する車両から構成される車群内で共通して用いられる制御チャネルである。車群は後述するように類似する移動度を有する車両から構成されるので、車群制御チャネルは比較的安定であり、車群内の車両は車群制御チャネルを介して長期間通信可能である。車群制御チャネルでは、各車両が利用可能なチャネルについての情報を通知し、それにより車群内でのデータチャネルの確立を容易にする。

車群制御チャネルの確立処理の概要は、図１１のフローチャートに示す通りである。ゾーン内で通信を開始したいノードの車群形成ノード決定部４０８が、車群を形成するノードを決定し（Ｓ１１０１）、車群制御チャネル候補決定部４０９がどのチャネルを車群制御チャネルとするかを決定し（Ｓ１１０３）、車群制御チャネル確立部４０７が車群形成ノードとの間で車群制御チャネルを確立して（Ｓ１１０５）、車群の形成が完了する。なお、ここでは、車群の形成を行うノードは、通信を開始したいノードであるとして説明したが、必ずしも通信が必要でなくても車群を形成するようにしても構わない。

Ｂ−２．車群形成ノードの決定
ステップＳ１１０１の車群形成ノード（車群のメンバとなるノード。グループノードとも称する。）の決定について、さらに説明する。簡単に説明すれば、自車両との位置の差、移動方向の差、および移動速度の差がそれぞれ所定の閾値以内の車両、すなわち、自車両と近い位置に存在し、移動方向および移動速度も類似する車両を対象として選択する。

車群形成ノードの決定処理について、図１２を参照してより具体的に説明する。まず、車群形成を開始するノード（ここでは、リーダと称する）の車群形成ノード決定部４０８は、通信を行いたい車両（宛先ノード）を決定する（Ｓ１２０１）。宛先ノードの決定方
法は任意であって構わず、また、宛先ノードの数は１つでも複数でも構わない。例えば、自車両から所定の距離範囲以内に位置する車両を宛先ノードとして決定することが考えられる。また、自車両の後方であって所定の距離範囲以内に位置する車両を宛先ノードとして決定することが考えられる。これら以外にも、特定の条件を満たすノードを宛先ノードとして決定することができる。また、ユーザから指定されたノードを宛先ノードとして決定することもできる。

次に、自ノード（リーダ）および宛先ノードが存在する範囲の前後に、冗長な距離を設けて車群形成範囲とし、始点および終点位置の座標を算出する（Ｓ１２０３）。図１３の例では、リーダ１３０１の前方および後方にそれぞれ宛先ノード１３０２，１３０３が存在している。したがって、この前後に適当な冗長な距離を付け加えた範囲１３０６が定められ、範囲１３０６の始点および終点位置が算出される。なお、リーダ１３０１の後方または前方のいずれか一方のみに宛先ノードが存在する場合には、リーダと最後方または最前方の宛先ノードによって定められる範囲の前後に冗長な距離が設けられる。なお、ここで冗長な距離を設ける理由は、車群を形成する車両を多くすることによって車群間での通信を安定させる目的と、リーダや宛先ノードがどの車両であるのかを推測できないようにする目的がある。宛先ノードを秘匿化するためには、上記の冗長な距離は固定とせず、ランダムに決定するなど、可変にすることが好ましい。

リーダ１３０１は、ステップＳ１２０４で定めた車群形成範囲内に位置する車両を取得する。同一ゾーン内の車両の位置などはゾーン制御チャネルを介した通信により通知され、他車両情報記憶部４１６に格納されているので、車群形成ノード決定部４０８が他車両情報記憶部４１６を参照することで、車群形成範囲内に位置する車両と、その車両の進行方向や走行速度に関する情報を取得することができる。車群形成ノード決定部４０８は、車群形成範囲内に位置する車両のうち、相対速度が閾値以内であり、進行方向が同一（または類似）の車両を、車群形成ノードとして決定する（Ｓ１２０５）。相対速度や進行方向が近いか否かを判定するための閾値は任意の値を採用することができる。例えば、相対速度の閾値として時速５ｋｍを採用することができる。進行方向の閾値として、例えば１０度などの角度を採用することができるが、これ以外にも、同じ道路を同じ方向に走行していることを条件としても良い。

Ｂ−３．車群制御チャネル候補決定処理
車群制御チャネル候補の決定処理（図１１のフローチャートのステップＳ１１０３）の詳細について、図１４のフローチャートを参照して説明する。車群制御チャネル候補決定部４０９は、まず、車群形成範囲の大きさから無線通信において必要な到達距離を算出する（Ｓ１４０１）。必要な到達距離は、車群形成範囲の始点と終点の間でシングルホップ通信を行うために必要な到達距離とする。

また、車群制御チャネル候補決定部４０９は、車群内での通信に必要な通信レートを算出する（Ｓ１４０３）。必要な通信レートは、車群制御チャネル上で１周期の間に流れるトラフィック量から算出することができる。より具体的には、必要な通信レートは、車群形成車両台数×交換データ量／送信周期により求めることができる。

次に、車群制御チャネル候補決定部４０９は、ステップＳ１４０１で求めた必要到達距離と、ステップＳ１４０３で求めて必要通信レートを満たすチャネルが存在するか判定する（Ｓ１４０５）。図１５は、周波数と、到達距離および通信レートとの関係を示す図である。実線のグラフ（左軸）で示すように、周波数が高くなるほど到達距離は短くなる。したがって、必要な到達距離はチャネルの周波数の上限を定める条件となる。また、破線のグラフ（右軸）で示すように、周波数が高くなるほど通信レートは高くなる。したがって、必要な通信レートはチャネルの周波数の下限を定める条件となる。図１５に示すよう
に、必要到達距離Ｌ０から定まる周波数ｆ_Ｌ０と、必要通信レートＲ０から定まる周波数ｆ_Ｒ０が、ｆ_Ｒ０＜ｆ_Ｌ０を満たす場合は、上記２つの条件を満たすチャネルが存在する（Ｓ１４０５−ＹＥＳ）。しかしながら、ｆ_Ｒ０＞ｆ_Ｌ０となる場合には、上記２つの条件を満たすチャネルが存在しない（Ｓ１４０５−ＮＯ）ので、車群形成条件を変更して（Ｓ１４０７）、車群形成を再度実行する。車群形成条件の変更とは、例えば、車群形成範囲をより狭くする変更であったり、車群を形成する車両台数をより少なくする変更である。

車群制御チャネル候補決定部４０９は、上記２つの条件を満たす周波数範囲から、ゾーン制御チャネル候補を除いたチャネルを選択する（Ｓ１４０９）。すなわち、いずれかのゾーン番号のゾーンにおいてゾーン制御チャネル候補として使用されているチャネルは、車群制御チャネルの候補から除外する。ゾーン制御チャネル候補を、車群制御チャネルとして使用しないためである。

このようにして絞り込んだチャネルの範囲が十分狭いものであれば、そのまま処理を続けても良いが、このような絞り込みによってチャネル範囲が広い場合にはさらなる絞り込みを行うことが好ましい。本実施形態では、時刻を入力として、隣接する２つ以上のチャネルを出力するハッシュ関数を用いて、さらなる絞り込みを行う（Ｓ１４１１）。具体的には、車群制御チャネル候補決定部４０９は、現在時刻を取得してハッシュ関数に入力し、出力として得られるチャネルを取得する。なお、ハッシュ関数によって得られたチャネルを、ここではハッシュ選択チャネルと称する。

車群制御チャネル候補決定部４０９は、ハッシュ選択チャネルを、プライマリーユーザの利用率が低い順にセンシングを行い、最初に見つかった利用可能なチャネルを車群制御チャネル候補として決定する（Ｓ１４１３）。プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順にセンシングをしているので、利用可能なチャネルが素早く見つかる上に、見つかったチャネルを長期間利用できる（プライマリーユーザの通信が行われない）ことが期待できる。

Ｂ−４．車群形成処理
次に、図１６を参照して、車群制御チャネルを形成して車群を形成する処理について説明する。まず、リーダ車両の車群制御チャネル確立部４０７は、ゾーン制御チャネル上で、車群形成要求パケットを生成して、ゾーン制御チャネル上で送信する（Ｓ１６０１）。車群形成要求パケットは、車群形成要求生成部４１０により生成される。車群形成要求パケットは、図１０（Ｃ）に示すように、送信車両の識別子（ＩＤ）、車群形成ノード（複数）の識別子、車群制御チャネル候補、送信時刻を含む。車群形成ノードは、車群形成ノードの決定処理（上記Ｂ−２および図１２）によって決定された車両である。車群形成ノードは、１つのみの場合もあるし複数の場合もある。車群形成ノードが複数の場合は、１つの車群形成要求パケットに複数の車両の識別子が列挙される。車群制御チャネル候補は、車群制御チャネル候補決定処理（上記Ｂ−３および図１４）によって決定されたチャネルである。

車群形成要求パケットを受け取った車両は、車群形成を行う場合には、車群形成要求パケットに含まれる車群制御チャネル候補上で、車群に参加する旨の意思表示を行うパケット（プローブパケット）を返信する。なお、車群への参加意思表示は、ゾーン制御チャネル上で行っても構わないが、ゾーン制御チャネルでの通信量を極力減らすために、ここでは車群制御チャネル上で行っている。また、車群への参加を拒否する場合には、ゾーン制御チャネル上でその旨を通知しても良いし、車群形成要求パケットを無視しても良い。なお、車群へ参加するか否かの決定基準は、本発明では特に規定しない。

リーダ車両は、車群制御チャネル候補上でリスニングを行い（Ｓ１６０３）、全ノードからプローブパケットを受信するか、タイムアウト時間が経過するかを待つ（Ｓ１６０５−Ｓ１６０７）。全ての車両からプローブパケットを受信できずにタイムアウト時間が経過した場合（Ｓ１６０５−ＮＯ、Ｓ１６０７−ＹＥＳ）は、車群チャネル候補を再度決定する。タイムアウト時間内に全ての車両からプローブパケットを受信した場合（Ｓ１６０５−ＹＥＳ）には、車群制御チャネル確立部４０７は、車群制御チャネル候補を正式に車群制御チャネルとして採用し（Ｓ１６０９）、車群制御チャネル上で車群制御チャネルメッセージ（ＳＡＣＣメッセージ）の定期的な送信を開始する（Ｓ１６１１）。車群制御チャネルメッセージには、送信車両の識別子（ＩＤ）、位置、利用可能なチャネル、送信時刻が含まれる。車群制御チャネルメッセージの詳細については、後ほど詳細に説明する。

上記において、車群形成要求パケットを送信した全ての車両からプローブパケットを受信することを、車群制御チャネル確立（車群形成）の条件としているが、ここでの全て車両とは、車群参加を拒否した車両を除く全ての車両であっても良い。また、車群制御チャネルを確立するための条件は上記以外とすることもできる。例えば、所定割合以上の車両からプローブパケットを受信できた場合に車群制御チャネルを確立しても良いし、少なくとも特定のノード（例えば、宛先ノード）からプローブパケットを受信できた場合に車群制御チャネルを確立しても良い。

Ｂ−５．車群制御チャネル確立後の処理
車群制御チャネルが確立した後の処理について、図１７のフローチャートを参照して説明する。なお、この処理は車群制御チャネルの確立後に定期的に実行される。まず、タイムアウト時間内に車群制御チャネル上で車群制御チャネルメッセージを他車両から受信できるか判定する（Ｓ１７０１）。タイムアウト時間は、例えば車群制御チャネルメッセージの送信間隔よりも長い時間とする。タイムアウト期間を経過しても、他の車両から車群制御チャネルメッセージを受信できない場合（Ｓ１７０１−ＮＯ）は、車群間での通信が不可能になり車群が解消されたことを意味する。したがって、必要に応じて車群制御チャネルを確立する処理に移行する。

タイムアウト時間内に他の車両から車群制御チャネルメッセージを受信できた場合（Ｓ１７０１−ＹＥＳ）は、車群が維持されていることを意味する。この場合、車群制御チャネルを狭帯域センシングし、プライマリーユーザによる通信が開始されているかどうかを判定する（Ｓ１７０３）。車群制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信が開始された場合（Ｓ１７０５−ＹＥＳ）には、現在の車群制御チャネルをプライマリーユーザに解放する必要がある。したがって、ゾーン制御チャネル上で、プライマリーユーザの検知を報告するプライマリーユーザ出現報告メッセージを送信して、他の車両に対して車群制御チャネルの利用を中止するように促す（Ｓ１７０９）。そして、新たな車群制御チャネルを確立する処理に移行する。プライマリーユーザ出現報告メッセージを受信した車両は、既存の車群制御チャネル上での通信を中止する。リーダ車両以外の車両は、リーダ車両から新たな車群形成要求を受信するので、この要求によって通知される新たな車群制御チャネルを利用する。

車群制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信を検知しない場合（Ｓ１７０５−ＮＯ）は、車群がセカンダリーユーザとして車群制御チャネルを使用し続けて問題ないことが分かる。車群制御チャネル通信部４１１は、車群制御チャネルメッセージを生成して、車群制御チャネル上で送信する（Ｓ１７０７）。車群制御チャネルメッセージには、各車両が利用可能なチャネルに関する情報が含まれるので、この情報に基づいて車群の間で適切なデータチャネルを容易に確立することができる。

Ｂ−６．車群制御チャネルメッセージ
次に、車群制御チャネル上で送信されるメッセージについて説明する。車群制御チャネルメッセージは、車群制御チャネル上で、車群を形成する車両が定期的に送信するメッセージである。

車群制御チャネルメッセージ生成部４１２が生成する車群制御チャネルメッセージは、図１８（Ａ）に示すように、送信車両の識別子（ＩＤ）、現在位置、利用可能なチャネル、および送信時刻が含まれる。利用可能なチャネルについては、全てのチャネルについて利用可否を通知するとデータ量が多くなりすぎるため、通知するチャネルの範囲を絞り込む。絞り込みの基準としては、データチャネルとして利用する際に必要となる到達距離と通信レートの双方を満足するチャネルであることが第１の条件となる。この絞り込みによってもチャネル数が多い場合には、さらなる絞り込みを行う。まず、現在データチャネルが確立している状態であれば、現在のデータチャネルと、それに隣接する所定数のチャネルについての利用可能性については、通知することが好ましい。その他のチャネルについては、ランダムに選択しても良いし、時刻とハッシュ関数を用いて選択しても良い。

Ｂ−７．プライマリーユーザ出現報告メッセージ
車群制御チャネル上で送信されるプライマリーユーザ出現報告メッセージは、データチャネルまたはゾーン制御チャネルにプライマリーユーザが出現したときに送信されるメッセージである。プライマリーユーザ出現報告メッセージには、図１８（Ｂ）に示すように、送信車両のＩＤ、プライマリーユーザが出現したチャネルおよび送信時刻が含まれる。なお、車群制御チャネル上では、基本的にデータチャネル上にプライマリーユーザが出現した場合に、プライマリーユーザ出現報告メッセージを送信する。ただし、ゾーン制御チャネルにプライマリーユーザが出現したことを通知するために、車群制御チャネル上でプライマリーユーザ出現報告メッセージを送信しても良い。

＜データチャネル＞
データチャネルは、車群間でのデータ通信を行うために用いられるチャネルである。車群内での車両間の通信は、シングルホップ通信であっても良いし、マルチホップ通信であっても良い。マルチホップ通信を行う場合には、ホップごとにデータチャネルは異なっていて構わない。したがって、隣接する車両間で異なるデータチャネルを確立しても良い。また、隣接する車両間で用いるデータチャネルは１つのチャネルであっても良いし、複数のチャネルであっても良い。車群制御チャネルを介して、車群内の各車両が利用可能なチャネルについての情報は通知されているので、隣接する車両が利用可能なチャネルをデータチャネルとして選択すれば良い。なお、利用可能であること以外に、データ通信に必要な到達距離および通信レートを満たすチャネルを選択することが必要である。

なお、本発明ではデータチャネルの確立および維持については特に規定しない。制御チャネルを介して互いに利用可能なチャネルが把握可能な状態においてデータチャネルを確立および維持する手法は、当業者であれば容易に理解できるであろう。

データチャネル上にプライアリーユーザが現れた場合の処理について、図１９のフローチャートを参照して説明する。まず、データチャネル上で狭帯域センシングを行い（Ｓ１９０１）、データチャネル上でプライマリーユーザによる通信を検知したか判定する（Ｓ１９０３）。プライマリーユーザが検知されない場合（Ｓ１９０３−ＮＯ）には、データチャネル上での通信を継続する（Ｓ１９０５）。データチャネル上にプライマリーユーザが検知された場合（Ｓ１９０３−ＹＥＳ）には、車群制御チャネル上でプライマリーユーザ出現報告メッセージを送信し、車群内の車両に対してプライマリーユーザの出現を通知する（Ｓ１９０７）。そして、データチャネルの確立処理を再度実行する。プライマリーユーザ出現報告メッセージを受信した車両も、データチャネルの確立処理を再度実行する。これにより、プライマリーユーザの出現に伴って、即座に新しいデータチャネルに移行
することができる。

＜本実施形態の作用・効果＞
本実施形態によれば、プライマリーユーザに割り当てられているが実際には利用されていないチャネルを検知して、そのチャネルを使って無線通信を行うことができる。特に、制御チャネルを２階層型とすることにより、まず、ゾーン制御チャネルを介した情報交換により、各車両の位置や移動度に関する情報を交換可能である。これにより、車両のように高い移動度を有する場合であっても、位置関係などを把握できる。また、ゾーン制御チャネル上で交換される情報に基づいて、車群を形成して、車群制御チャネルを確立することが容易となる。

また、ゾーン制御チャネルや車群制御チャネルやデータチャネルにプライマリーユーザが出現することなどによってこれらのチャネルが利用できなくなった場合には、他のチャネルを介した通知によってプライマリーユーザの出現を周囲に通知することで、即座にチャネルを解放することができる。解放後に新しくチャネルを確立する場合も、他のチャネルは維持されているので、最初からチャネルを確立するよりも迅速に新しいチャネルを確立することができる。

＜変形例＞
上記の実施形態の説明では、車両に搭載された無線通信装置により構成されるコグニティブ無線システムを例に挙げた。しかしながら、本発明は、車載の無線通信装置以外の任意の移動可能な無線通信装置によって構成することができる。移動可能な無線通信装置とは、車両や飛行機、船舶などに備え付けられた無線通信装置や、車両や飛行機、船舶などに持ち込まれそれらの移動に伴って移動する無線通信装置や、人間が持ち運び可能な無線通信装置などが該当する。

３０１センシング用無線機
３０２ゾーン制御チャネル用無線機
３０３車群制御チャネル用無線機
３０４データチャネル用無線機
３１０制御用コンピュータ

Claims

利用可能なチャネルを用いて無線通信装置間で無線通信を行うコグニティブ無線システムにおける無線通信方法であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、無線通信装置間で送受信するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択するステップと、
第２の制御チャネルを選択するステップと、
前記グループノードの間で、前記第２の制御チャネルを確立するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して、前記グループノードのそれぞれが利用可能なチャネルを、グループノード間で送受信するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノード間でデータチャネルを確立するステップと、
前記第２の制御チャネル上で、プライマリーユーザによる通信を検知するステップと、
前記第２の制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知された場合に、前記第１の制御チャネルを介して、その旨の通知を行うステップと、
前記通知に応答して、前記グループノード間で第２の制御チャネルを再確立するステップと、
を含む、コグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
利用可能なチャネルを用いて無線通信装置間で無線通信を行うコグニティブ無線システムにおける無線通信方法であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、無線通信装置間で送受信するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択するステップと、
第２の制御チャネルを選択するステップと、
前記グループノードの間で、前記第２の制御チャネルを確立するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して、前記グループノードのそれぞれが利用可能なチャネルを、グループノード間で送受信するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノード間でデータチャネルを確立するステップと、
前記第１の制御チャネル上で、プライマリーユーザによる通信を検知するステップと、
前記第１の制御チャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知された場合に、前記第１の制御チャネルを介して、その旨の通知を行うステップと、
前記通知に応答して、前記無線通信装置間で第１の制御チャネルを再確立するステップと、
を含む、コグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
利用可能なチャネルを用いて無線通信装置間で無線通信を行うコグニティブ無線システムにおける無線通信方法であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、無線通信装置間で送受信するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択するステップと、
第２の制御チャネルを選択するステップと、
前記グループノードの間で、前記第２の制御チャネルを確立するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して、前記グループノードのそれぞれが利用可能なチャネルを、グループノード間で送受信するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノード間でデータチャネルを確立するステップと、
を含み、
前記第１の制御チャネルを確立するステップは、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルを取得するステップと、
前記複数のチャネルの中に、すでに第１の制御チャネルとして利用されているチャネルが存在するか判定するステップと、
前記複数のチャネルの中に第１の制御チャネルとして利用されているチャネルが存在しない場合には、前記複数のチャネルの中からプライマリーユーザが利用していないチャネルを第１の制御チャネルとして選択するステップと、
を含む、
コグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
前記複数のチャネルの中からプライマリーユーザが利用していないチャネルを選択する際に、プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順に、プライマリーユーザが利用しているか否か判定を行う、
請求項３に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
利用可能なチャネルを用いて無線通信装置間で無線通信を行うコグニティブ無線システムにおける無線通信方法であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、
無線通信装置間で送受信するステップと、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択するステップと、
第２の制御チャネルを選択するステップと、
前記グループノードの間で、前記第２の制御チャネルを確立するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して、前記グループノードのそれぞれが利用可能なチャネルを、グループノード間で送受信するステップと、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノード間でデータチャネルを確立するステップと、
を含み、
前記第２の制御チャネルを選択するステップは、
前記グループノード間の通信において要求される通信距離および通信速度に基づいて、第２の制御チャネルの範囲を選択するステップと、
前記第２の制御チャネルの範囲の中から、プライマリーユーザが利用していないチャネルを第２の制御チャネルとして選択するステップと、
を含み、
前記第２の制御チャネルを選択する際に、時刻を入力として複数のチャネルを出力とするハッシュ関数と、現在時刻とを用いて、前記通信距離および通信速度に基づいて選択された第２の制御チャネルの範囲をさらに絞り込む、
コグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
前記第２の制御チャネルの範囲の中から第２の制御チャネルを選択する際に、プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順に、プライマリーユーザが利用しているか否か判定を行う、
請求項５に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
前記データチャネル上で、プライマリーユーザによる通信を検知するステップと、
前記データチャネル上でプライマリーユーザによる通信が検知された場合に、前記第２の制御チャネルを介して、その旨の通知を行うステップと、
前記通知に応答して、前記グループノード間でデータチャネルを再確立するステップと、
をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
前記グループノードを選択するステップでは、位置の差、移動方向の差、および移動速度の差が、それぞれ所定の閾値以内の無線通信装置を、グループノードとして選択する、
請求項１〜７のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
利用可能なチャネルを用いて無線通信を行う無線通信装置であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立する第１制御チャネル確立手段と、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、他の無線通信装置との間で送受信する第１通信手段と、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択し、第２の制御チャネルを選択し、前記グループノードとの間で、前記第２の制御チャネルを確立する第２制御チャネル確立手段と、
前記第２の制御チャネルを介して、利用可能なチャネルを他のグループノードとの間で送受信する第２通信手段と、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノードとの間でデータチャネルを確立するデータチャネル確立手段と、
前記データチャネルを介して前記グループノードとの間で通信を行う、第３通信手段と、
プライマリーユーザによる通信を検出する検知手段と、
を備え、
前記第２の制御チャネル上で、プライマリーユーザによる通信を前記検知手段が検知した場合は、
前記第１通信手段が、前記第１の制御チャネルを介してその旨を他のグループノードに通知し、
前記第２制御チャネル確立手段が、前記グループノードとの間で第２の制御チャネルを再確立する、
無線通信装置。
利用可能なチャネルを用いて無線通信を行う無線通信装置であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立する第１制御チャネル確立手段と、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、他の無線通信装置との間で送受信する第１通信手段と、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択し、第２の制御チャネルを選択し、前記グループノードとの間で、前記第２の制御チャネルを確立する第２制御チャネル確立手段と、
前記第２の制御チャネルを介して、利用可能なチャネルを他のグループノードとの間で送受信する第２通信手段と、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノードとの間でデータチャネルを確立するデータチャネル確立手段と、
前記データチャネルを介して前記グループノードとの間で通信を行う、第３通信手段と、
プライマリーユーザによる通信を検出する検知手段と、
を備え、
前記第１の制御チャネル上で、プライマリーユーザによる通信を前記検知手段が検知した場合は、
前記第１通信手段が、前記第１の制御チャネルを介してその旨を他の無線通信装置に通知し、
前記第１制御チャネル確立手段が、他の無線通信装置との間で第１の制御チャネルを再確立する、
無線通信装置。
利用可能なチャネルを用いて無線通信を行う無線通信装置であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立する第１制御チャネル確立手段と、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、他の無線通信装置との間で送受信する第１通信手段と、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択し、第２の制御チャネルを選択し、前記グループノードとの間で、前記第２の制御チャネルを確立する第２制御チャネル確立手段と、
前記第２の制御チャネルを介して、利用可能なチャネルを他のグループノードとの間で送受信する第２通信手段と、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノードとの間でデータチャネルを確立するデータチャネル確立手段と、
前記データチャネルを介して前記グループノードとの間で通信を行う、第３通信手段と、
を備え、
前記第１制御チャネル確立手段は、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルを取得し、
前記複数のチャネルの中に、すでに第１の制御チャネルとして利用されているチャネルが存在するか判定し、
前記複数のチャネルの中に第１の制御チャネルとして利用されているチャネルが存在しない場合には、前記複数のチャネルの中からプライマリーユーザが利用していないチャネルを第１の制御チャネルとして選択する、
無線通信装置。
前記第１制御チャネル確立手段は、前記複数のチャネルの中からプライマリーユーザが利用していないチャネルを選択する際に、プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順に、プライマリーユーザが利用しているか否か判定を行う、
請求項１１に記載の無線通信装置。
利用可能なチャネルを用いて無線通信を行う無線通信装置であって、
場所ごとにあらかじめ定められた複数のチャネルの中から、利用可能なチャネルを選択して、第１の制御チャネルを確立する第１制御チャネル確立手段と、
前記第１の制御チャネルを介して、無線通信装置の位置、移動方向および移動速度を、他の無線通信装置との間で送受信する第１通信手段と、
前記第１の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、通信グループを形成する無線通信装置であるグループノードを選択し、第２の制御チャネルを選択し、前記グループノードとの間で、前記第２の制御チャネルを確立する第２制御チャネル確立手段と、
前記第２の制御チャネルを介して、利用可能なチャネルを他のグループノードとの間で送受信する第２通信手段と、
前記第２の制御チャネルを介して通知される情報に基づいて、前記グループノードとの間でデータチャネルを確立するデータチャネル確立手段と、
前記データチャネルを介して前記グループノードとの間で通信を行う、第３通信手段と、
を備え、
前記第２制御チャネル確立手段は、
前記グループノード間の通信において要求される通信距離および通信速度に基づいて、第２の制御チャネルの範囲を選択し、
時刻を入力として複数のチャネルを出力とするハッシュ関数と、現在時刻とを用いて、前記通信距離および通信速度に基づいて選択された第２の制御チャネルの範囲をさらに絞り込み、
絞り込まれた前記第２の制御チャネルの範囲の中から、プライマリーユーザが利用していないチャネルを第２の制御チャネルとして選択する、
無線通信装置。
前記第２制御チャネル確立手段は、前記第２の制御チャネルの範囲の中から第２の制御チャネルを選択する際に、プライマリーユーザの利用率が低いチャネルから順に、プライマリーユーザが利用しているか否か判定を行う、
請求項１３に記載の無線通信装置。
プライマリーユーザによる通信を検出する検知手段をさらに備え、
前記データチャネル上で、プライマリーユーザによる通信を前記検知手段が検知した場合は、
前記第２通信手段が、前記第２の制御チャネルを介してその旨を他のグループノードに通知し、
前記データチャネル確立手段が、前記グループノードとの間でデータチャネルを再確立する、
請求項９〜１４のいずれかに記載の無線通信装置。
前記第２制御チャネル確立手段は、位置の差、移動方向の差、および移動速度の差が、それぞれ所定の閾値以内の無線通信装置を、グループノードとして選択する、
請求項９〜１５のいずれかに記載の無線通信装置。
請求項１〜８のいずれかに記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。