JP7019428B2 - 無線通信システムおよび中継装置 - Google Patents

Description

この発明は、無線通信システムおよび中継装置に関する。

無線通信システムにおいて無線装置の健全性を確認するための試験の一つに、無線装置の送信部が送信した電波をアンテナから外部へ送信せずに内部で折り返し、その無線装置の受信部に受信させ、送受信動作が正しく行われるか確認するという折り返し試験がある。

しかし、折り返し試験ではアンテナを使用しないため、無線装置のアンテナから正常に電波が送信されるかの確認はできない。例えば無線装置とアンテナとの間のケーブルが断線した場合など、アンテナが使用不能な状態になっていても、折り返し試験ではアンテナの不具合は検出されない。特に列車の防護無線システム等、電波の送受信が平常時には行われず緊急時のみに行われる無線通信システムでは、使用者がアンテナの不具合に気付かないまま長期間に亘って運用するおそれがある。

そこで、特許文献１では、無線通信システムの運用に障害を与えることなく無線装置のアンテナの不具合を検出する送受信試験を実施する方法が開示されている。特許文献１の方法によれば、必要時のみ情報を伝送する無線通信システムにおいても運用時間内に送受信試験を行うことができる。

特開２０１２－１６５０９２号公報

しかし、特許文献１の試験方法では、無線通信システムが有線接続された複数の中継装置を備える場合、試験信号は中継装置間の有線接続区間を伝送しないため、当該有線接続区間の試験をすることが出来ない。従って、使用者が中継装置間の有線接続区間の不具合に気付かないまま、無線通信システムを運用するおそれがある。

本発明は上述の問題点に鑑み、無線通信システムにおいて、複数の中継装置間の有線区間の障害を検知することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、複数の無線移動局間の無線通信を中継する第１の中継装置および第２の中継装置を備える無線通信システムであって、第１の中継装置と第２の中継装置の間は有線接続された有線接続区間であり、第１の中継装置は、有線接続区間を介して第２の中継装置に点検信号を送信し、第２の中継装置は、点検信号の受信状況に基づき、有線接続区間に障害が発生した旨の情報である第１の異常通知を第２の中継装置の外部に送信し、第１の中継装置は、予め定められた送信予定時刻に第２の中継装置に点検信号を送信し、第２の中継装置は、送信予定時刻を含む点検信号確認期間に点検信号を受信しない場合に、第１の異常通知を第２の中継装置の外部に送信し、点検信号の受信時刻が点検信号確認期間内であり、かつ点検信号の受信時刻と送信予定時刻との時間差が予め定められた時間以上である場合に、第２の中継装置と第１の中継装置との間に時刻ずれが生じている旨の情報である第２の異常通知を、第２の中継装置の外部に送信する。

本発明の無線通信システムによれば、第１の中継装置から有線接続区間を介して第２の中継装置に点検信号を送信するため、有線接続区間に発生した障害を第２の中継装置で検出することができる。

実施の形態１の無線通信システムの概略構成図である。 中継装置の構成図である。 ３台の中継装置を有する無線通信システムの構成図である。 実施の形態１の異常検知処理における親局の中継装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１の異常検知処理における子局の中継装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１の中継装置のタイムラインを示す図である。 実施の形態２の異常検知処理における親局の中継装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の異常検知処理における子局の中継装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の中継装置のタイムラインを示す図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の無線通信システムの概略構成図である。本実施の形態では、無線通信システムの一例として列車の防護無線システムを想定して説明するが、他の無線通信システムであっても良い。

無線通信システムは、列車Ａに搭載された無線移動局１Ａと、列車Ｂに搭載された無線移動局１Ｂと、無線移動局１Ａ，１Ｂ間の無線通信を中継する中継装置２Ａ，２Ｂと、中継装置２Ａ，２Ｂをそれぞれ監視する監視装置３Ａ，３Ｂを備えている。

図２は、中継装置２Ａの構成を示している。図２に示すように、中継装置２Ａは、アンテナ２１Ａと、アンテナ２１Ａまたは有線接続区間を介して信号を送信する送信部２２Ａと、アンテナ２１Ａまたは有線接続区間を介して信号を受信する受信部２３Ａとを備えている。なお、中継装置２Ｂの構成は中継装置２Ａの構成と同様であるが、下記で中継装置２Ｂの構成に言及する場合、「受信部２３Ｂ」のように参照符号に添え字のＢを付して、中継装置２Ａの構成と区別する。

無線移動局１Ａが発報信号を送信すると、中継装置２Ａの受信部２３Ａは、アンテナ２１Ａを介して発報信号を受信する。そして、中継装置２Ａの送信部２２Ａは、アンテナ２１Ａを介して、他の無線移動局、ここでは無線移動局１Ｂへ発報信号を送信する。この動作を「中継発報」と称する。

中継装置２Ａと中継装置２Ｂは有線接続されている。言い換えれば、中継装置２Ａと中継装置２Ｂの間は有線接続区間である。有線接続区間では、カレントループ通信が行われる。中継装置２Ａは、有線接続区間を介して中継装置２Ｂへ連結信号を送信する。中継装置２Ａが、連結信号の送信中に中継発報を行うと、これに同期して中継装置２Ｂも発報信号を他の無線移動局、ここでは無線移動局１Ｂへ送信する。この動作を「連結中継発報」と称する。

無線移動局１Ｂは、中継装置２Ａからの中継発報と中継装置２Ｂからの連結中継発報の一方または両方により、発報信号を受信する。無線移動局１Ｂが発報信号を受信すると、列車Ｂは停止する。

中継装置２Ａと中継装置２Ｂのうち、一方が親局に設定され、他方が子局に設定される。この設定は、例えばディップスイッチなどのハードウェア、またはソフトウェアにより設定される。

図１では２台の中継装置を示しているが、無線通信システムを構成する中継装置の数は２台に限らない。例えば、図３に示すように中継装置の数は３台でも良い。図３に示す無線通信システムでは、中継装置２Ａと中継装置２Ｂが有線接続され、中継装置２Ｂと中継装置２Ｃが有線接続される。すなわち、中継装置２Ａと中継装置２Ｂの間、さらに中継装置２Ｂと中継装置２Ｃの間が有線接続区間である。これらの有線接続区間ではカレントループ通信が行われる。また、中継装置２Ｃには監視装置３Ｃが接続される。中継装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃのうち一つが親局に設定される。例えば、中継装置２Ａが親局に設定され、他の中継装置２Ｂ，２Ｃは子局に設定される。

次に、中継装置間の有線接続区間の異常検知処理について説明する。図４は、異常検知処理に関する親局の中継装置の動作を示すフローチャートである。以下、中継装置２Ａを親局とし、図４のフローチャートに沿って中継装置２Ａの動作を説明する。すなわち、中継装置２Ａが親局であり、中継装置２Ｂが子局である。

まず、中継装置２Ａの送信部２２Ａは、中継装置２Ｂに点検信号を送信する（ステップＳ１０１）。このステップは、例えば無線通信システムの運用開始と同時に行われる。ここで、点検信号のパルス幅は例えば０．５秒である。中継装置２Ａは中継装置２Ｂに連結信号が送信されていない場合でも、点検信号をパルス送信することにより、無線通信システムの運用中に有線接続区間の異常検知を行うことができる。

送信部２２Ａは、ステップＳ１０１における前回の点検信号の送信から周期Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、周期Ｔ１は例えば１秒である。周期Ｔ１が経過していなければステップＳ１０２を繰り返し、経過すればステップＳ１０１に戻る。すなわち、送信部２２Ａは周期Ｔ１で点検信号の送信を繰り返す。

図５は、異常検知処理に関する子局の中継装置の動作を示すフローチャートである。以下、中継装置２Ｂを子局とし、図５のフローチャートに沿って中継装置２Ｂの動作を説明する。まず、中継装置２Ｂの受信部２３Ｂは、前回の点検信号の受信から周期Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ２０１）。このステップは、例えば無線通信システムの運用開始と同時に行われる。ステップＳ２０１において、前回の点検信号の受信から周期Ｔ１が経過していなければ、受信部２３ＢはステップＳ２０１を繰り返す。

ステップＳ２０１において、前回の点検信号の受信から一定周期が経過すれば、受信部２３Ｂは点検信号を新たに受信したか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２で受信部２３Ｂが点検信号を新たに受信すれば、中継装置２Ｂの処理はステップＳ２０１に戻る。ステップＳ２０２で受信部２３Ｂが点検信号を新たに受信しなければ、送信部２３Ａは、中継装置２Ａ，２Ｂ間の有線接続区間に異常が発生したものと判断し、その旨の情報を示す異常通知を監視装置３Ｂに送信する（ステップＳ２０３）。中継装置２Ａ，２Ｂ間の有線接続区間に異常が発生した旨の異常通知を、第１の異常通知と称する。

図６は、実施の形態１における中継装置のタイムラインを示している。図６において、中継装置２Ａから中継装置２Ｂへ送信される点検信号の送信周期Ｔ１は１秒で、パルス幅は０．５秒である。中継装置２Ａは点検信号の３つ目のパルスに同期して、連結信号を中継装置２Ｂへ送信する。連結信号の送信期間は６秒間である。連結信号の送信開始から３秒後に、中継装置２Ａは中継発報を行う。中継装置２Ａの中継発報に同期して、中継装置２Ｂは連結中継発報を行う。

中継装置２Ｂは、中継装置２Ａからの点検信号の受信を監視することにより、有線接続区間の健全性を確認する。中継装置２Ｂは、中継装置２Ａからの点検信号が途切れると、異常検知を監視装置３Ｂに送信する。

以上の方法により、各中継装置に接続されている監視装置で、有線接続区間の状態を監視することができる。上記の説明では、中継装置間の有線接続区間ではカレントループ通信を行うものとしたが、シリアル通信またはイーサネット（登録商標）通信など、他の通信形式が用いられても良い。

但し、カレントループ通信では点検信号の送信側と受信側を入れ替えることが可能である。そのため、上記の説明では、親局の中継装置２Ａから子局の中継装置２Ｂへ点検信号を送信するものとしたが、子局から親局へ点検信号を送信する構成とすることも可能である。この場合、親局に全中継装置の健全性を収集することが可能である。

上記で説明したように、実施の形態１の無線通信システムは、複数の無線移動局１Ａ，１Ｂ間の無線通信を中継する第１の中継装置である中継装置２Ａおよび第２の中継装置である中継装置２Ｂを備える。中継装置２Ａと中継装置２Ｂの間は有線接続された有線接続区間であり、中継装置２Ａは有線接続区間を介して中継装置２Ｂに点検信号を送信する。中継装置２Ｂは、点検信号の受信状況に基づき、有線接続区間に障害が発生した旨の情報である第１の異常通知を中継装置２Ｂの外部に送信する。このように、中継装置２Ａ，２Ｂ同士の有線接続区間に点検信号を送信することにより、有線接続区間の接続が遮断した際に、点検信号の受信側の中継装置２Ｂで障害を検出することができる。従って、無線通信システムの健全性を保つことができる。

また、実施の形態１の無線通信システムにおいて中継装置２Ａは、中継装置２Ｂに点検信号を一定周期Ｔ１で送信し、中継装置２Ｂは、点検信号を一定周期Ｔ１で受信しない場合に、第１の異常通知を中継装置２Ｂの外部に送信する。従って、有線接続区間の障害を早期に検知することができる。

また、実施の形態１の無線通信システムにおいて、中継装置２Ａ，２Ｂは、列車に搭載された無線移動局１Ａ，１Ｂの無線通信を中継する。例えば列車の防護無線システムでは、電波の送受信が緊急時のみに行われるため、使用者が中継装置２Ａ，２Ｂの有線接続区間の不具合に気付かないまま長期間に渡ってシステムが運用され、緊急時に無線通信を行うことが出来ないという問題がある。しかし、実施の形態１の無線通信システムでは、中継装置２Ａ，２Ｂの有線接続区間の障害を検知するため、上記の問題が解決される。

＜Ｂ．実施の形態２＞
実施の形態２の無線通信システムの構成は、実施の形態１と同様であり、図１に示す通りである。また、実施の形態２の無線通信システムにおける各中継装置の構成は、実施の形態１と同様であり、図２に示す通りである。

次に、中継装置間の有線接続区間の異常検知処理について説明する。実施の形態２において、点検信号の送信スケジュールは１日１回であり、親局の中継装置の子局の中継装置は、点検信号の送信予定時刻を共有する。子局の中継装置は、点検信号の受信状態を通して、有線接続区間の障害に関する異常検知に加えて、装置時刻のずれに関する異常検知を行う。

図７は、異常検知処理に関する親局の中継装置の動作を示すフローチャートである。以下、中継装置２Ａを親局とし、図７のフローチャートに沿って中継装置２Ａの動作を説明する。すなわち、中継装置２Ａが親局であり、中継装置２Ｂが子局である。

まず、中継装置２Ａの送信部２２Ａは、中継装置２Ａの内蔵時計により現在時刻を認識し、現在時刻が点検信号の送信予定時刻か否かを判断する（ステップＳ３０１）。このステップは、例えば無線通信システムの運用開始と同時に行われる。現在時刻が送信予定時刻でなければ、送信部２２ＡはステップＳ３０１を繰り返す。

ステップＳ３０１において、現在時刻が送信予定時刻であれば、送信部２２Ａは中継装置２Ｂに点検信号を送信する（ステップＳ３０２）。点検信号は１つのパルスでも、一定周期で送信される複数のパルスでも良い。なお、図９では１秒間隔で送信される５つのパルスを点検信号としている。点検信号のパルス幅は例えば０．５秒であり、連結信号のパルス幅とは異なる。

図８は、異常検知処理に関する子局の中継装置の動作を示すフローチャートである。以下、中継装置２Ｂを子局とし、図８のフローチャートに沿って中継装置２Ｂの動作を説明する。

まず、中継装置２Ｂは、内蔵時計により現在時刻を認識し、現在時刻が点検信号確認期間内かを判断する（ステップＳ４０１）。点検信号確認期間は、送信予定時刻を含む一定の期間であり、例えば送信予定時刻を基準として前後に時間Ｔ２の幅を有する期間である。現在時刻が点検信号確認期間内でなければ、中継装置２ＢはステップＳ４０１を繰り返す。

ステップＳ４０１において現在時刻が点検信号確認期間内であれば、受信部２３Ｂが点検信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ４０２）。ステップＳ４０２で受信部２３Ｂが点検信号を受信した場合、受信部２３Ｂは受信時刻と送信予定時刻の時間差が、予め定められた閾値である時間Ｔ３以上であるか否かを判断する（ステップＳ４０３）。点検信号が複数のパルスからなる場合、ステップＳ４０３で比較する受信時刻は、最後のパルスの受信時刻である。なお、Ｔ３＜Ｔ２である。

ステップＳ４０３において、受信時刻と送信予定時刻の時間差が時間Ｔ３以上であれば、送信部２３Ｂは中継装置２Ｂと中継装置２Ａの間に時刻ずれが生じていると判断し、その旨を表す異常通知を監視装置３Ｂに送信する（ステップＳ４０４）。この異常通知は、第２の異常通知である。

ステップＳ４０３において、受信時刻と送信予定時刻の時間差が時間Ｔ２未満であれば、中継装置２Ｂは送信予定時刻を次回の送信予定時刻に更新して（ステップＳ４０５）、ステップＳ４０１に戻る。

受信部２３Ｂは、ステップＳ４０２で点検信号を受信しない場合、内蔵時計により現在時刻を認識し、現在時刻が点検信号確認期間内であるかを判断する（ステップＳ４０６）。ステップＳ４０６において現在時刻が点検信号確認期間内でない場合、送信部２３Ｂは中継装置２Ａ，２Ｂ間の有線区間に障害が発生していると判断し、その旨を表す異常通知を監視装置３Ｂに送信する（ステップＳ４０７）。この異常通知は、第１の異常通知である。

図９は、実施の形態２における中継装置のタイムラインを示している。図９は、１日１回の予定時刻に親局の中継装置２Ａから子局の中継装置２Ｂへ点検信号が送信される場合のタイムラインを示している。点検信号は、パルス幅が０．５秒であり、１秒周期で送信される５つのパルスからなる。中継装置２Ａは点検信号の５つ目のパルスに同期して、連結信号を中継装置２Ｂへ送信する。連結信号の送信期間は６秒間である。連結信号の送信開始から３秒後に、中継装置２Ａは中継発報を行う。中継装置２Ａの中継発報に同期して、中継装置２Ｂは連結中継発報を行う。

中継装置２Ｂは、点検信号を受信することにより、中継装置２Ａとの有線接続区間に障害が発生していないことを確認する。さらに、点検信号の最後のパルスである５つ目のパルスを受信すると、その受信時刻と送信予定時刻とを比較する。両者の時間差が閾値以上でなければ、中継装置２Ｂは、中継装置２Ａとの間に時刻ずれの異常が発生したと判断し、その旨の情報を示す異常通知を監視装置３Ｂに送信する。

上記で説明したように、実施の形態２の無線通信システムにおいて、第１の中継装置である中継装置２Ａは、予め定められた送信予定時刻に第２の中継装置である中継装置２Ｂに点検信号を送信し、中継装置２Ｂは、送信予定時刻を含む点検信号確認期間に点検信号を受信しない場合に、第１の異常通知を中継装置２Ｂの外部に送信する。また、中継装置２Ｂは、点検信号の受信時刻が点検信号確認期間内であり、かつ点検信号の受信時刻と送信予定時刻との時間差が予め定められた時間Ｔ３以上である場合に、中継装置２Ｂと中継装置２Ａとの間に時刻ずれが生じている旨の情報である第２の異常通知を、中継装置２Ｂの外部に送信する。従って、実施の形態２の無線通信システムによれば、中継装置２Ａ，２Ｂ間の有線接続区間の異常検知を行うと共に、中継装置２Ａ，２Ｂ間の時刻ずれを検知することが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１Ａ，１Ｂ 無線移動局、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 中継装置、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 監視装置、２１Ａ アンテナ、２２Ａ 送信部、２３Ａ，２３Ｂ 受信部。

Claims (4)

1. 複数の無線移動局間の無線通信を中継する第１の中継装置および第２の中継装置を備える無線通信システムであって、
   前記第１の中継装置と前記第２の中継装置の間は有線接続された有線接続区間であり、
   前記第１の中継装置は、前記有線接続区間を介して前記第２の中継装置に点検信号を送信し、
   前記第２の中継装置は、前記点検信号の受信状況に基づき、前記有線接続区間に障害が発生した旨の情報である第１の異常通知を前記第２の中継装置の外部に送信し、
   前記第１の中継装置は、予め定められた送信予定時刻に前記第２の中継装置に前記点検信号を送信し、
   前記第２の中継装置は、前記送信予定時刻を含む点検信号確認期間に前記点検信号を受信しない場合に、前記第１の異常通知を前記第２の中継装置の外部に送信し、前記点検信号の受信時刻が前記点検信号確認期間内であり、かつ前記点検信号の受信時刻と前記送信予定時刻との時間差が予め定められた時間以上である場合に、前記第２の中継装置と前記第１の中継装置との間に時刻ずれが生じている旨の情報である第２の異常通知を、前記第２の中継装置の外部に送信する、
   無線通信システム。
2. 前記第１の中継装置と前記第２の中継装置は、列車に搭載された無線移動局の無線通信を中継する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 請求項１または２に記載の無線通信システムに用いられ、
   有線接続された他の中継装置に前記点検信号を送信する、
   中継装置。
4. 請求項１または２に記載の無線通信システムに用いられ、
   有線接続された他の中継装置からの点検信号の受信状況に基づき、前記第１の異常通知を自身の外部に送信する、
   中継装置。

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