車での通信・ネットワーク活用と課題...1...
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1
車での通信・ネットワーク活用と課題
2007年6月29日
株式会社トヨタIT開発センター
岡本芳郎
2
目 次
1.車と外を繋ぐ・・・研究開発事例
2.安全・環境への対応
3.安全向け通信・ネットワーク技術の研究開発
4.将来の研究課題
3
(株)トヨタIT開発センター
クルマの付加価値向上のために最先端IT技術の研究開発
・・・・・進化が速い
IT世界半導体
e-政府
携帯
情報家電
通信事業者
連携
クルマのIT
技術提案 人材交流
協業
ベンチャー技術探索・調査・評価
トヨタIT開発センター
大学・研究機関
グローバル・オープン
安全 渋滞緩和 安心 快適クルマの
基本性能向上
・命をあずかる高信頼性 (厳しい使用条件)
・運転の邪魔にならない使い方
・ライフサイクルが長い
クルマの付加価値向上のために最先端IT技術の研究開発
・・・・・進化が速い・・・・・進化が速い
IT世界半導体
e-政府
携帯
情報家電
通信事業者
IT世界半導体
e-政府
携帯
情報家電
通信事業者
連携
クルマのIT
技術提案
技術提案 人材交流人材交流
協業協業
ベンチャー技術探索・調査・評価ベンチャー技術探索・調査・評価
トヨタIT開発センター
大学・研究機関
グローバル・オープン
安全 渋滞緩和 安心 快適クルマの
基本性能向上 安全 渋滞緩和 安心 快適安全 渋滞緩和 安心 快適クルマの
基本性能向上
・命をあずかる高信頼性 (厳しい使用条件)
・運転の邪魔にならない使い方
・ライフサイクルが長い
所在地 : 東京都港区赤坂 6-6-20設 立 : 2001年1月出 資 : トヨタ自動車、 デンソー、KDDI、 豊田通商、 アイシン精機、 京セラ、豊田合成、 豊田自動織機
所在地 : カリフォルニア州 パロアルト市
設 立 : 2001年4月
出 資 : 日本法人の100%子会社
拠 点 : TMAオフィス内
所在地 : ニューヨーク市
拠 点 : テルコーディア(旧ベル研)
所在地 : ニュージャージー
米国本社
日本
米国
所在地 : 東京都港区赤坂 6-6-20設 立 : 2001年1月出 資 : トヨタ自動車、 デンソー、KDDI、 豊田通商、 アイシン精機、 京セラ、豊田合成、 豊田自動織機
所在地 : カリフォルニア州 パロアルト市
設 立 : 2001年4月
出 資 : 日本法人の100%子会社
拠 点 : TMAオフィス内
所在地 : ニューヨーク市
拠 点 : テルコーディア(旧ベル研)
所在地 : ニュージャージー
米国本社
日本
米国
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1.車と外を繋ぐ・・・研究開発事例
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インターネットインターネット網
アプリケーションサーバ
イントラネット
KINGSBURY
車載GW
車載GW
無線アクセスポイント
DSRC 携帯電話
車両LAN(高信頼系)
シリアルインタフェース
汎用LAN
パソコン/PDA
車内へ持ち込み
無線LAN
高度接続管理技術
無線アクセスポイント
無線アクセスポイント
最適通信メディアの選択
動的アドレス管理
最適経路の選択
最適経路制御技術
東芝
松下通工
KDDI研トヨタITC
携帯電話DSRC 無線LAN
シームレスネットワーク研究 (H13、総務省・TAO受託)
1-1. 研究開発事例 (1)
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IPv4
IPv6
ポータルセンター型音声認識コンテンツ配信
【首都圏実証実験 】
【名古屋実証実験】
ααタクシー事業者タクシー事業者
標準タクシーシステム
ββタクシー事業者タクシー事業者
γγタクシー事業者タクシー事業者
AAタクシー事業者タクシー事業者
車載サーバ 車載サーバ
Hub
車載ルータ
GPSアンテナ
DSRC
高機能実験車
無線LAN
決済
ファイナンス会社
Edyセンター店舗サーバ
342
56
DSRC〔駐車場〕
DSRC
〔ガソリンスタンド〕タクシー 業務支援
安全運転支援健康管理
<大手タクシー>
<中小タクシー>
インターネットITS (H13、経産省・慶應大・NEC・デンソー・トヨタ)
1-2. 研究開発事例 (2)
7
スマートコミュニケーション実験 (H14、国交省・HIDO)【狙い】 DSRC利用コンテンツに対する有効性確認のため一般利用者にアンケート調査を実施
・市販PC・市販LCD:800×600・操作 :タッチパネル
市販PC
DSRC ・ASK
市販LCD:640×480タッチパネル
トヨタ/デンソー 日産
ASK/QPSK方式 ASK方式
・市販PC・市販LCD :800×600・操作 :タッチパネル
三菱
DSRC ・QPSK
DSRC基地局
期間:’ 03.1.29~2.2
松下
インターネット
経路案内付 観光案内
センター型音声認識
ライブ映像
メールIP電話
遠隔地TV ビデオ映像松下 東芝
1-3. 研究開発事例 (3)
8
“ゼロナイズ”
ネガティブインパクトの最小化,そしてゼロへ
環境負荷 事故 渋滞
※ 「ゼロナイズ」とは、環境への負荷、交通渋滞、交通事故などのクルマがもたらすネガティブな側面を最小化していくべく、絶えず努力を続けていくビジョン・姿勢を象徴する言葉です。
※
2.安全・環境への対応
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ボディ構造の最適化ボディ構造の最適化
より多くの衝突環境への対応より多くの衝突環境への対応
保護装置の追加保護装置の追加 --歩行者傷害軽減歩行者傷害軽減
--サイドエアバッグサイドエアバッグ--カーテンエアバッグカーテンエアバッグ
--GOAGOA--頭部衝撃緩和構造インテリア頭部衝撃緩和構造インテリア
安全走行安全走行
事故回避事故回避
衝突予知衝突予知
乗員保護乗員保護
歩行者保護歩行者保護
衝突安全
--ABSABS--TRCTRC
レーンキーピングアシストレーンキーピングアシスト
--VSCVSC
視界補助視界補助--ブラインドコーナーモニタブラインドコーナーモニタ
--AFSAFS
統合制御統合制御
--VDIMVDIM
ナビ協調シフト制御ナビ協調シフト制御
自律安全サービス 自律安全サービス 先進の衝突回避先進の衝突回避アシストシステムアシストシステム
予知による衝突安全性能予知による衝突安全性能の向上の向上
--プリクラッシュセーフティプリクラッシュセーフティ
運動限界制御運動限界制御
事故発生
インフラインフラ協調協調安全安全
AFS:Adaptive Front‐Lighting System
VDIM:Vehicle Dynamics Integrated Management
TRC:Traction Control
GOA:Global Outstanding Assessment
ABS:Anti‐Lock Brake System
VSC:Vehicle Stability Control
2000 20XX
2-1. クルマの安全技術の進展
10
2-2. インフラ協調システムとは
横断歩行者・自転車検知情報提供
停止・低速車両情報提供
死角画像・接近車両検知情報提供
高速道路の本線合流支援
路面情報提供
盗難、不審者通報
信号・規制情報による車両制御
横断歩行者・自転車検知情報提供
停止・低速車両情報提供
死角画像・接近車両検知情報提供
高速道路の本線合流支援
路面情報提供
盗難、不審者通報盗難、不審者通報
信号・規制情報による車両制御
衝突安全
インフラ協調システム
予防安全
2000 20XX
「「ゼロナイズ」へ・・・・・・
衝突安全
インフラ協調システムインフラ協調システム
予防安全
2000 20XX
「「ゼロナイズ」へ・・・・・・
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(参考)環境対応:COSEプローブシステム(経産省)
プローブ情報プラットフォームソフトウェアプローブ情報プラットフォームソフトウェア
ディジタル無線等
一般車両 タクシー
各種通信媒体等
テレマティクスサービス情報センター等
物流事業者等
情報センター
タクシー事業者
情報センターバス事業者
情報センター
ディジタル無線等 GPS携帯等
物流・営業車両
タクシー事業者
テレマティクスサービス事業者等 物流事業者等
公共交通事業者
各種情報の生成
情報提示
各種車両バス
カーナビ+携帯電話等
各種車両走行情報等の収集
各種車両走行情報の融合・分析
各種情報センター
外部情報プロバイダ
多彩な利用者を想定
その他関係事業者・団体等
過去統計情報
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(1)導入・普及に向けた課題(1)導入・普及に向けた課題
・社会的受容性
・インフラ設備コスト
・車載機コスト
(2)技術的課題(2)技術的課題
・車載システム
・インフラシステム・通信・センサ
・位置標定
重要課題
3.安全向け通信・ネットワーク技術の研究開発
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33--1. 1. 海外の動向海外の動向
(1 )米 国 運 輸 省 (U S - D O T )
イ ン フ ラ 協 調 シ ス テ ム の 開 発 を 国 家 プ ロ ジ ェ ク ト と し て 推 進 中
V I I : V e h ic le In f r a s t r u c t u r e In t e g r a t io n
V S C C : V e h ic le S a fe t y C o m m u n ic a t io n C o n s o r t iu m
C IC A S : C o o p e r a t iv e In t e r s e c t io n C o l l is io n A v o id a n c e S y s t e m s
( 2 )米 国 連 邦 通 信 委 員 会 ( F C C )
IT S 用 周 波 数 と し て 、 5 .9 G H z ( 5 .8 5 0~ 5 .9 2 5 G H z )を 割 り 当 て
W A V E ( W ir e le s s A c c e s s in V e h ic u la r E n v ir o n m e n t s )
IE E E 8 0 2 . 1 1 p (米 国 版 D S R C )
( 1 )米 国 運 輸 省 (U S - D O T )
イ ン フ ラ 協 調 シ ス テ ム の 開 発 を 国 家 プ ロ ジ ェ ク ト と し て 推 進 中
V I I : V e h ic le In f r a s t r u c t u r e In t e g r a t io n
V S C C : V e h ic le S a fe t y C o m m u n ic a t io n C o n s o r t iu m
C IC A S : C o o p e r a t iv e In t e r s e c t io n C o l l is io n A v o id a n c e S y s t e m s
( 1 )米 国 運 輸 省 (U S - D O T )
イ ン フ ラ 協 調 シ ス テ ム の 開 発 を 国 家 プ ロ ジ ェ ク ト と し て 推 進 中
V I I : V e h ic le In f r a s t r u c t u r e In t e g r a t io n
V S C C : V e h ic le S a fe t y C o m m u n ic a t io n C o n s o r t iu m
C IC A S : C o o p e r a t iv e In t e r s e c t io n C o l l is io n A v o id a n c e S y s t e m s
( 2 )米 国 連 邦 通 信 委 員 会 ( F C C )
IT S 用 周 波 数 と し て 、 5 .9 G H z ( 5 .8 5 0~ 5 .9 2 5 G H z )を 割 り 当 て
W A V E ( W ir e le s s A c c e s s in V e h ic u la r E n v ir o n m e n t s )
IE E E 8 0 2 . 1 1 p (米 国 版 D S R C )
( 1 ) E U (官 民 共 同 検 討 )
e - S a f e t y フ ォ ー ラ ム で イ ン フ ラ 協 調 シ ス テ ム の 検 討 を 官 民 共 同 で 推 進 中
In t e g r a t e d P r o je c t o n P r e v e n t iv e a n d A c t iv e S a f e t y A p p l ic a t io n s
W ir e le s s L o c a l D a n g e r W a r n in g
P P e V E N T :
W IL L W A R N :
( 2 )欧 州 の 車 車 間 通 信 規 格 化
C 2 C C C (C a r t o C a r C o m m u n ic a t io n C o r s o r t iu m )民 間 コ ン ソ ー シ ア ム
カ ー メ ー カ ( タ ゙イ ム ラ ー 、 B M W 、 V W 、 ア ウ テ ゙ィ 、 ル ノ ー 、 フ ィ ア ッ ト 、 、 、 )等
が 参 加
( 1 ) E U (官 民 共 同 検 討 )
e - S a f e t y フ ォ ー ラ ム で イ ン フ ラ 協 調 シ ス テ ム の 検 討 を 官 民 共 同 で 推 進 中
In t e g r a t e d P r o je c t o n P r e v e n t iv e a n d A c t iv e S a f e t y A p p l ic a t io n s
W ir e le s s L o c a l D a n g e r W a r n in g
P P e V E N T :
W IL L W A R N :
( 1 ) E U (官 民 共 同 検 討 )
e - S a f e t y フ ォ ー ラ ム で イ ン フ ラ 協 調 シ ス テ ム の 検 討 を 官 民 共 同 で 推 進 中
In t e g r a t e d P r o je c t o n P r e v e n t iv e a n d A c t iv e S a f e t y A p p l ic a t io n s
W ir e le s s L o c a l D a n g e r W a r n in g
P P e V E N T :
W IL L W A R N :
( 2 )欧 州 の 車 車 間 通 信 規 格 化
C 2 C C C (C a r t o C a r C o m m u n ic a t io n C o r s o r t iu m )民 間 コ ン ソ ー シ ア ム
カ ー メ ー カ ( タ ゙イ ム ラ ー 、 B M W 、 V W 、 ア ウ テ ゙ィ 、 ル ノ ー 、 フ ィ ア ッ ト 、 、 、 )等
が 参 加
( 2 )欧 州 の 車 車 間 通 信 規 格 化
C 2 C C C (C a r t o C a r C o m m u n ic a t io n C o r s o r t iu m )民 間 コ ン ソ ー シ ア ム
カ ー メ ー カ ( タ ゙イ ム ラ ー 、 B M W 、 V W 、 ア ウ テ ゙ィ 、 ル ノ ー 、 フ ィ ア ッ ト 、 、 、 )等
が 参 加
【米国】
【欧州】
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(1) 通信エリア
路車: 200m
車車:
- 前:410m, 後:410m
- 回折: 25m
(200m 前方にて)
(2) 同時接続台数
- 1780 台 max.
(車車) *見直し中
(3) 通信速度
- 20Mbps
-- AHS、ASV等の成果から --
3-2. 日本での技術要件(暫定)
200m
路車間
410m
410m
25m
200m
車車間
15
(4) 高信頼
- 高可用率
(場所率x時間率)
- 高速移動対応
(5) 低遅延
- 100ミリ秒以下(含む認証)
(6) 限定出力
- 10-100mW
(7) セキュリティ
- 高速かつ堅牢(8)路車-車車
共用/連携
Speed
Latency
Security
Cost
MobilityRange
msec
1sec
100kmph
~10kmph
L
H
4M
10M
20-100Mbps
H
L
100m
200m-1km
30m
Desired
WLAN(.11x)
DSRC(JP-T75)
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電波伝搬基礎実験(1)
路車間 ブロッキング(車車間)車車間
UHF 5.8GHz大型車 大型車
路側機送信車 受信車受信車
3-3. 実際の開発状況
17
米国WAVE方式 電波伝搬基礎実験 (米国パロアルト)
☆実機によるフィールド検証 測定結果例 (5890MHz、送信電力100mW)
RSS
I(d
Bm
)
12 Mbps(16QAM, r=1/2)
3 Mbps(BPSK, r=1/2)
車車間、見通し伝送距離(m)
☆アプリケーション検証例.信号無視警告
18
4.将来の研究課題
19
インフラ未設置箇所での通信確保
マルチホップ・アドホック通信への期待
×○
○
×
大型車両等によるブロッキング(シャドウィング)対策
トラック
路側機アンテナ
車載機の普及がアドホック通信成立の条件
周波数利用効率、可用性、信頼性の劣化などしかし普及すると
無線リンクでのアクセス増
フラッディング・重複通信
通信ノードの負荷増
・・・
4-1. 車車間通信技術
20
車群通信通常のアドホック通信
多くの無線通信による干渉
管理された車群ネットワーク内で最適なメッセージ伝送
AからBへの通信パスA
B
A
B
グループヘッダー 車群間通信
“車群通信”により以下を実現
・確実な通信路の確立 (『いつもつながっている』)
・すばやい情報の伝達
・無駄な通信の抑制
“車群”; 車の群を一つの単位として自律・階層型で通信管理
21
4-2. 無線オーバーレイネットワーク
異事業者・異業種(含む自営)・異種無線のオーバーレイ
パーソナルエリア・ボディエリア
ローカルエリア(picocell)マイクロセル
マクロセルグローバル
メディア間 シームレス
メディア内シームレス
アドホック島
アドホック島
アドホック島
アドホック島
*誰が管理、仕組みは? 免許、機器認証 ユーザ認証、相互接続性 セキュリティ、QoS、 モビリティ管理 ・・・・・・・・・
22
4-3. セキュリティ
携帯電話
車載プログラム
車両情報
車載端末
通信モジュール
認証 検疫
インターネット
成りすまし成りすまし
悪意あるプログラム悪意あるプログラム
情報漏洩情報漏洩
暗号化
車両
車両
パソコン
センター(機器認証)(ユーザ認証)
秘匿技術
検疫技術鍵管理技術
*まずは自分で身を守る*どこまでネットワーク側に期待出来るか?*遮断型セキュリティでは不便*軽くて、しかも堅牢(10年破られない)
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4-4. ネットワークQoS
外部と繋ぐ
より高い品質でつなぐ技術
劣悪環境下でとにかくつなぐ技術
複数経路の同時使用で接続をトライ
複数経路の同時・選択使用で品質向上
小データ量低遅延の安全系
大データ量高スループットの情報系
2つの異なる要件の同時解決が必要
外部と繋ぐ
より高い品質でつなぐ技術
劣悪環境下でとにかくつなぐ技術
複数経路の同時使用で接続をトライ
複数経路の同時・選択使用で品質向上
小データ量低遅延の安全系
大データ量高スループットの情報系
2つの異なる要件の同時解決が必要
情報センタ
セルラー網DSRC
通信キャリア
路側インフラ
通信車両(車載機)
無線LAN
GateWayPolicy(Rule)
Policy(Rule)
Policyに基づいて ・優先制御 ・好条件経路選択 ・バイキャスト
コンテンツアウェアネス
API
Policyに基づいて ・優先制御 ・好条件経路選択 ・バイキャスト
GateWay
API
コンテンツアウェアネス
Policyベースの経路選択
→自律・協調選択(End to End)
コンテンツ・サービスに応じて自動かつダイナミックに通信・ネットワークを構成
情報センタ
セルラー網DSRC
通信キャリア
路側インフラ
通信車両(車載機)
無線LAN
GateWayPolicy(Rule)
Policy(Rule)
Policyに基づいて ・優先制御 ・好条件経路選択 ・バイキャスト
コンテンツアウェアネス
API
Policyに基づいて ・優先制御 ・好条件経路選択 ・バイキャスト
GateWayGateWay
API
コンテンツアウェアネス
Policyベースの経路選択
→自律・協調選択(End to End)
コンテンツ・サービスに応じて自動かつダイナミックに通信・ネットワークを構成
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通信、放送、制御の各種のアプリケーションシステムがあり、利用周波数帯も様々
DSRC 携帯電話
TV(アナログ・デジタル)
衛星デジタルラジオ
G‐BOOK用通信モジュール
VICS(電波) GPS
VICS(光)
タイヤ空気圧センサ
AM・SW・FM
Bluetooth
ETC
スマートエントリ
ミリ波レーダイモビライザ
<放送系>
<制御系>
<通信系>
レーザーレーダ
4-5. 車への搭載
25
従来
ATV
DTV
GPS
VICS
・・・LAN 携帯
ETC/DSRC
AM/FM
機能変更可能なIC
メモリ
各種アンテナ
AM/FMモジュール
携帯電話モジュール
デジタルTVモジュール
アナログTVモジュール
ETC/DSRCモジュール
VICSモジュール
GPSモジュール
無線LANモジュール
随時書き換え
放送モジュール
通信・放送モジュール
低周波数化
複数の専用ICで構成
周波数変換器
通信モジュール
統合
数百MHz ~数GHz
数MHz
方式ごとに別個のモジュールで行っていた信号処理を、1つのモジュールでのソフトウェア変更・切替えにより実現
ソフトウェア無線
複数メディアが同時/切替動作する ソフトウェア無線⇒ コグニティブ無線
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検証中-802.11a/g (WiFi)-802.16e (モバイルWiMax)将来
-802.11p (WAVE) -新路車間・車車間-衛星放送
検証済み-AM-FM x 2ch-アナログTV-地上デジタルTV-ETC (ARIB-T55)-DSRC(ARIB-T75)
*ソフト更新後の動作検証は?*機器認証、免許は? ・・・・・・・・・・・
27
4-6. 評価技術(シミュレーション)
NWシミュレータ
交通流シミュレータ
車両位置
地図・地形DB
電波伝搬シミュレータ
伝搬解析依頼伝搬データ
車両位置
アプリ結果
通信発生
通信成否
車両位置
ドライバモデル導入
事故の発生
“統合シミュレータ” 『交通流』 + 『伝搬』 + 『ネットワーク』
アプリケーション
遅延プロファイル 角度プロファイル
クルマ向け通信・ネットワークの評価基盤となるシミュレータ開発
*大規模社会実験の前に十分事前検証
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(参考) 無線テストベッドの例
400-node radio grid system at Tech Center II (under construction 5/05)
ORBIT radio nodehardware
64-node radio grid prototype at Busch Campus (8/04)
ラトガース大 WINラボ (ORBIT)
*よりリアリティのある大規模評価