1999年から20年間、標準規格として君臨したDSRCは、2019年から2020年にかけてのFCCによる周波数再配分で、C-V2Xに取って代わられました。プローブデータによる交通把握の仕組みから、この規格交代という転換点まで、ITSの展開を追う回です。
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目次
はじめに
PEC03では信号制御の理論を検討した。本稿はPECシリーズの第四回として、ITS（高度道路交通システム）の展開を扱う。プローブデータという交通把握の手法、そしてDSRCからC-V2Xへという通信技術の展開を、具体的な歴史とともに検討する。
プローブデータという交通把握の手法
基本的な仕組み
プローブデータとは、走行する車両そのものを移動するセンサーとして用い、その位置・速度情報から道路上の交通状況を推定する手法である。カーナビやスマートフォンから一定間隔でGPS位置情報を収集し、道路網に対応づけるマップマッチングという処理を経て、区間ごとの旅行時間や速度が推定される。
浸透率という精度上の課題
プローブデータの精度は、走行車両のうち実際にデータを提供する車両の割合、すなわち浸透率に大きく左右される。ある研究では、コネクテッド・自動運転車両の浸透率が18.9パーセントから94.1パーセントまで変化するにつれて、道路上の衝突リスクが段階的に減少することが観察されている[1]。この結果は裏を返せば、浸透率が低い段階では収集データが道路交通の実態を、十分に代表していない可能性を示唆している。
DSRC——最初の車車間・路車間通信規格
1999年、FCCによる周波数割り当て
車両同士、及び車両とインフラが直接高頻度にデータをやり取りする通信技術がDSRC（専用狭域通信）である。1999年、米国連邦通信委員会（FCC）は自動車向け通信のため、5.9GHz帯、具体的には5.850から5.925GHzという75MHz幅の周波数帯を割り当てた[2]。目的は公共の安全に関わる応用を可能にし、交通の流れを改善することにあった[2]。
技術的な仕様
DSRCはIEEE802.11aを基礎とする802.11pという規格として標準化されている[3]。この上位にWAVEというプロトコル群が定義され、1609.1が資源管理、1609.2がメッセージの秘匿化、1609.3が経路制御、1609.4が複数チャネルの協調を担当する[4]。実際に送信されるメッセージは、SAE J2735規格が定める15種類のタイプに従う。車両の位置、地図情報、緊急警告等である[5]。DSRCは特定のネットワークインフラに依存せず、自己組織化されたネットワークとして機能するため、通信の途絶に対する耐性が高い[3]。
C-V2X——携帯電話技術を応用した後発の規格
3GPPによる代替規格の策定
C-V2Xは、3GPPという標準化団体が802.11pに代わるセルラー方式の規格として策定したものである[6]。この規格はLTE-V2Xという第一段階から、5G技術を用いるNR-V2Xという第二段階へと発展してきた[7]。C-V2Xは車両間の直接通信に加え、携帯電話網のインフラを経由する通信という、第二の様式もあわせ持つ[8]。
2019年から2020年、規格交代という転換点
ここで重要な規制上の転換点がある。2019年FCCは、それまでDSRC専用であった70MHzの周波数帯を再配分し、20MHzをC-V2X向けに割り当てた[9]。2020年にはさらに10MHzが追加され、合計30MHzがC-V2X向けに配分される一方、DSRCへの支援は打ち切られた[9]。1999年から約20年間、標準規格とされてきたDSRCは、こうしてC-V2Xに取って代わられた。
自動運転レベルと交通管理
SAE（自動車技術者協会）は自動運転の水準を、レベル0からレベル5までの6段階に分類している。レベル2、レベル3という部分的な自動化の段階では、車両が自らのセンサーに加え、V2X通信を通じて交差点の先の状況や信号の切り替えを、外部から取得することが安全性向上に資する。既刊PEC03のオランダのiVRIが、車載システムやナビゲーションアプリと連携していることは、まさにこの応用の一例である。
既刊シリーズとの接続
本稿で扱ったプローブデータは、既刊PEC02の交通流理論における密度・速度という、基礎的な変数を、実際にどう観測するかという手段を提供する。固定式検知器に依存してきた観測は、プローブデータの普及により、より広範な道路網をカバーできるようになりつつある【推論】。
おわりに
本稿はプローブデータという交通把握の手法と、その精度を左右する浸透率という課題を検討した。DSRCについては1999年のFCCによる周波数割り当て、802.11pという規格、SAE J2735の15種類のメッセージタイプを確認した。C-V2Xについては3GPPによる規格策定の経緯を検討した。2019年から2020年のFCCによる周波数再配分という、DSRCからC-V2Xへの転換点も確認した。次稿PEC05ではPECシリーズの最終回として、公共交通の運行制御を扱う。
主要先行研究
SAE J2735規格、3GPP Release 14[5][6]。
年表
- 1999年 FCC、5.9GHz帯をDSRC向けに割り当て
- 2016年頃 3GPP Release 14、C-V2Xを正式に規格化
- 2019年 FCC、DSRC専用周波数帯の一部をC-V2X向けに再配分
- 2020年 FCC、C-V2Xへの配分を30MHzに拡大、DSRCへの支援を終了
参考資料一覧
- 「Cooperative Intelligent Transport Systems」PMC。https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11990983/。コネクテッド車両の浸透率と衝突リスクの関係について。
- 「DSRC and C-V2X: The Future of Connected Vehicles」Kimley-Horn。https://www.kimley-horn.com/news-insights/perspectives/dsrc-cv2x-comparison-future-connected-vehicles/。1999年のFCCによる周波数割り当てについて。
- 「DSRC & C-V2X Comparison」arXiv。https://arxiv.org/pdf/2203.12553。DSRCの技術的特徴、自己組織化ネットワークについて。
- 「Milestones in Autonomous Driving and Intelligent Vehicles」arXiv。https://arxiv.org/pdf/2305.11239。WAVEプロトコル群について。
- 「Computing Systems for Autonomous Driving」arXiv。https://arxiv.org/pdf/2009.14349。SAE J2735規格が定める15種類のメッセージタイプについて。
- 「C-V2X and DSRC」Data Alliance。https://www.data-alliance.net/blog/cv2x-and-dsrc-connected-car-autonomous-vehicle-technologies/。3GPPによるC-V2X策定の経緯について。
- 「Milestones in Autonomous Driving」arXiv。LTE-V2XからNR-V2Xへの発展について。
- 「C-V2X and DSRC」Data Alliance。C-V2Xの2つの通信様式について。
- 「Milestones in Autonomous Driving」arXiv。2019年、2020年のFCCによる周波数再配分について。
用語集
- プローブデータ, Probe Data, フローティングカーデータ, —: 走行車両の位置情報から交通状況を推定する手法。
- DSRC, Dedicated Short Range Communications, 専用狭域通信, —: IEEE802.11pを基礎とする通信規格。1999年に周波数が割り当てられた。
- C-V2X, Cellular Vehicle-to-Everything, —, —: 3GPPが策定した、セルラー技術を基盤とする通信規格。
- 浸透率, Penetration Rate, —, —: 対象車両群のうち、実際に通信・データ提供機能を持つ車両の割合。
Caludeログ
PEC04を執筆する。まず、プローブデータの技術的な仕組み、そして、V2X（車車間・路車間通信）の、歴史的な展開について、正確な典拠を確認する。十分な材料が、集まった。特に、2019年から2020年にかけての、FCCによる、周波数再配分という、DSRCからC-V2Xへの、具体的な政策転換の経緯が、確認できた。これを含め、PEC04を執筆する。整合性を確認する。読点数が、まだ基準を超えている。文単位で圧縮する。ほぼ全文にわたって、句読点が過剰だった。全体を、圧縮した版で、書き直す。最終確認を行う。すべて確認できた（読点数1.05/文）。PEC04を執筆した。
主な内容
- プローブデータ：車両を移動センサーとして用いる仕組み、マップマッチングという処理、そして浸透率18.9%〜94.1%と衝突リスク低下の関係という、精度上の課題
- DSRC：1999年のFCCによる5.9GHz帯（75MHz幅）の割り当て、802.11pという規格、WAVEプロトコル群（1609.1〜1609.4）、SAE J2735が定める15種類のメッセージタイプ
- C-V2X：3GPPによる、セルラー方式の代替規格。LTE-V2XからNR-V2Xへの発展
- 2019年から2020年の、規格交代（本稿の中心）：FCCが、DSRC専用だった70MHzのうち、まず20MHz、翌年さらに10MHzを、C-V2Xに再配分し、約20年間、標準規格だったDSRCへの支援を、正式に打ち切ったという、具体的な政策転換
- 自動運転レベルと交通管理の接続：SAEの6段階分類、レベル2・3における、V2X通信の役割、既刊PEC03のオランダiVRIとの接続
引用[1]〜[9]、参考資料一覧9件、読点数1.05/文、全HTMLタグの対応を確認済み。
続けて、PEC05（PECシリーズ最終回、公共交通の運行制御）の執筆に進んでよいか、確認したい。
