JP5459783B2

JP5459783B2 - 無線端末

Info

Publication number: JP5459783B2
Application number: JP2010064100A
Authority: JP
Inventors: 中村　　元; 泰彦稗圃; 秀行小頭
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011199592A; US8582435B2; US20110228675A1

Description

本発明は無線端末に係り、特に、無線リソースに余裕のある時間帯を自律分散的に学習し、この時間帯に通信時刻を動的に設定して非リアルタイム系のデータトラヒックを時分割で送受信する無線端末に関する。

現在、Webの閲覧、ストリーミングビデオの送受信、電子メールの送受信、巨大ファイルの送受信など、多種多様なデータトラヒックの送受信が無線式のデータ通信端末で行われている。特許文献１および非特許文献１には、データトラヒックに対するリアルタイム性の要求の程度に着目し、高いリアルタイム性が要求されるデータトラヒックには高い優先順位を設定して優先的に無線リソース（時間、周波数、電力）を割り当てる技術が開示されている。換言すれば、これらの先行技術では、リアルタイム性を全く要求されないデータトラヒックであっても、低い優先度ではあるが無線リソースが必ず割り当てられるので無線リソースが消費されることになる。

このように、データトラヒックに優先順位を設定して無線リソースを割り当てる技術では、ネットワークの状況にかかわらず全てのデータトラヒックに対して優先度に応じた無線リソースが必ず割り当てられるので、ネットワークが輻輳している状態下であっても、リアルタイム性を全く要求されないデータトラヒックにも相応の無線リソースが割り当てられてしまう。このため、無線アクセスネットワークを運用するオペレータ（通信事業者）の観点からは、輻輳時にもかかわらずリアルタイム性の要求されない不急のデータトラヒックまでも収容しなければならず、リアルタイム性が要求される他のデータトラヒックに割り当てたい無線トラヒックが無駄に消費されてしまうことになって好ましくない。

また、無線アクセスネットワークを利用するユーザの観点からも、リアルタイム性が要求されるアプリケーションのユーザに割り当てられても良いはずの無線リソースが、リアルタイム性を要求されないアプリケーション、すなわち"いつかダウンロードが完了すればよい"程度の不急のアプリケーションのユーザに割り当てられることになって余り納得がいかない。また、リアルタイム性を要求しないアプリケーションのユーザが、リアルタイム性と引き換えに安価な通信料金を望むことも考えられる。

このような技術課題に対して、本発明の発明者等は、リアルタイム性の要求されないデータトラヒックを、無線リソースに余裕のある閑散時間帯を利用して時分割で送受信するシステムを発明し、特許出願した（特許文献２）。

特開２００３−１６９３６３号公報特願２００９−７０４５６号

"Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 8:Medium Access Control(MAC) Quality of Service Enhancements," IEEE Std.802.11e,2005

無線リソースの混雑度には地理的な依存性があり、ビジネス街などでは一般的な就業時間帯（例えば、８時〜１９時）の混雑度が高い一方、住宅街などでは就業時間帯後から深夜にかけて混雑度が高くなる傾向がある。したがって、ビジネス街で就労して住宅街に帰宅するユーザにとっては深夜から朝方に欠けての時間帯が閑散時間帯となり、また住宅街を拠点に活動するユーザにとっては、さらに一般的な就業時間帯が閑散時間帯となる。

このように、無線リソースの混雑度はユーザの行動様式に応じて全く異なるので、無線リソースの閑散時間帯を予め固定的に設定することは難しい。

一方、個々のユーザに着目すると、各ユーザは２４時間の周期で同様の行動様式を繰り返すことが多いので、ユーザ単位では無線リソースの変化に２４時間周期の日変動が観測される場合が多い。したがって、この周期性を考慮して無線リソースの混雑度を推定できれば非リアルタイム系の通信時刻を最適化できる。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、非リアルタイム系のデータトラヒックを無線リソースに余裕のある時間帯を利用して送受信するシステムにおいて、無線リソースの混雑度に関する日変動を考慮し、周期的な利用を前提に混雑度を自律分散的に学習して通信時刻を動的に設定できる無線端末を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、予約された通信を無線リソースに余裕のある時間帯を学習して自律分散的に行う無線端末において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。

(1)所定の一周期を複数の時間帯に分割し、少なくとも一部の時間帯を通信許可帯に設定する通信許可帯設定手段と、予め割り当てられた総通信回数を前記各通信許可帯に少なくとも１回ずつ割り当てる通信回数割当手段と、各通信許可帯において、前記割り当てられた通信回数分の通信時刻を決定する通信時刻決定手段と、各通信時刻で通信を実施し、回線接続の成否を検出する通信機能手段と、回線接続の成否を記録したログデータに基づいて、各通信許可帯での無線リソースの混雑度を推定する手段と、推定結果に基づいて、混雑度の高い通信許可帯に割り当てられていた通信回数の一部を他の通信時間帯に振り分ける割当見直し手段と具備し、前記通信時刻決定手段は、見直された割り当てに基づいて通信時刻を改めて決定し、これを繰り返すことを特徴とする。

(2)通信許可帯設定手段が、所定の一周期をランダムに等分割し、一部の時間帯を通信許可帯に設定することを特徴とする。

(3)通信回数割当手段が、予め割り当てられた総通信回数を各通信許可帯に均等に割り当てることを特徴とする。

(4)通信時刻決定手段が、各通信許可帯における通信回数分の通信時刻をランダムに決定することを特徴とする。

(5)所定の一周期が２４時間であることを特徴とする。

(6)割当見直し手段は、混雑度が所定の閾値を超えた通信許可帯に割り当てられていた通信回数の一部を、混雑度のより低い他の通信時間帯により多く振り分けることを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1)無線リソースの混雑度がユーザの行動様式に応じて周期的に変動することに着目して各無線端末が混雑度を自律分散的に学習し、その結果に基づいて通信時刻を動的に決定するので、無線端末ごとに非リアルタイム系の通信時刻を最適化できる。

(2)無線リソースの混雑度が２４時間周期の日変動を考慮して自律分散的に学習されるので、行動様式が２４時間周期で繰り替えられるユーザの通信時刻を最適化できる。

(3)通信時刻の設定される通信許可帯の区切りが無線端末ごとにランダムに設定されるので、無線端末間で通信許可帯の区切りを異ならせることができる。

(4)各通信許可帯において、割り当てられた通信時刻が無線端末ごとにランダムに設定されるので、通信許可帯が重なる無線端末同士で通信時刻が重なる可能性を低減できる。

(5)無線リソースの混雑度が高い通信許可帯に割り当てられていた通信時刻が他の通信許可帯に振り分けられるので、各通信時刻で回線接続に成功する確率を改善できるようになる。

本発明に係る無線端末の構成を示した機能ブロック図である。通信時刻決定モジュールの構成を示したブロック図である。通信時刻の割り当て、および見直し方法を模式的に示した図である。本発明の一実施形態の動作を示したフローチャートである。通信時刻の見直し方法の一例を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る無線端末の構成を示した機能ブロック図であり、ここでは、本発明の説明に不要な構成は図示が省略されている。

回線接続制御モジュール１１は、通信時刻決定モジュール１２から通知される通信時刻において通信機能モジュール１３へ回線接続の要求を送信する。通信機能モジュール１３は、前記回線接続要求に応答して回線接続処理を進め、回線接続の成否を前記回線接続モジュール１１へ通知する。前記回線接続モジュール１１は、通知された回線接続の成否を回線接続成否ログデータベース１４へ通知する。

前記回線接続成否ログデータベース１４は、通知された回線接続の成否をログデータとしてデータベースに記録し、所定の周期で前記ログデータを通信時刻決定モジュール１２へ通知する。通信時刻決定モジュール１２は、取得したログデータに基づいて通信時刻の見直しを実施し、見直し後の通信時刻を前記回線接続制御モジュール１１へ通知する。

図２は、前記通信時刻決定モジュール１２の構成を示したブロック図であり、図３は、通信時刻の初期設定方法およびログデータに基づく通信時刻の見直し方法を模式的に表現した図である。

図２において、時間帯設定部１２ａは、無線端末ごとに所定の一周期をランダムに等分割して複数の時間帯px(p1，p2…)を仮想的に決定する。本実施形態では、一日を一周期として２４時間がランダムに８分割される。したがって、本実施形態では各無線端末に設定される時間帯が必ずしも同期せず、無線端末Aでは、図３(a)に示したように正時を基準にして８つの時間帯p1，p2…p8が設定される一方、無線端末Bでは、同図(b)に示したように正時からΔtだけずれた時刻を基準にして８つの時間帯p1'，p2'…p8'が設定される。

通信許可帯設定部１２ｂは、各時間帯pxの少なくとも一部を通信が許可される通信許可帯に設定する。本実施形態では、通信許可帯の数が予め規定（本実施形態では、３つ）されており、無線端末Aでは、図３(c)に示したように３つの時間帯p1，p4，p7が通信許可帯とされ、無線端末Bでは、図３(d)に示したように３つの時間帯p2，p5，p8が通信許可帯とされる。

なお、各無線端末にいずれの時間帯が通信許可帯として割り当てられるかは、各端末ユーザが加入しているサービスの種類や料金体系に依存し、例えば安価なサービスに契約しているユーザの無線端末には各通信許可帯を多数の無線端末とシェアさせる一方、高価なサービスに契約しているユーザの無線端末には各通信許可帯を少数の無線端末とシェアさせることにより、公平なサービス提供を実現できるようになる。

通信回数割当部１２ｃは、無線端末に予め割り当てられている一周期当たりの総通信回数nを各通信許可帯に均等に割り当てる。通信時刻決定部１２ｄは、通信許可帯ごとに前記割り当てられた通信回数分の通信時刻をランダムに決定する。本実施形態では、図３(e)に示したように、無線端末Aでは通信許可帯p1に３回の通信時刻が割り当てられ、通信許可帯p4に２回の通信時刻が割り当てられ、通信許可帯p7に３回の通信時刻が割り当てられ、各通信許可帯内での各通信時刻はランダムに決定される。

なお、総通信回数nは無線端末ごとに可変であっても良く、例えば契約しているサービスの内容や料金に応じて総通信回数を異ならせることにより、ユーザの要求や料金に見合ったサービスを提供できるようになる。

混雑度推定部１２ｅは、各通信時刻における回線接続の成否に関するログデータを前記回線接続成否ログデータベース１４から取得し、通信許可帯ごとに回線接続に失敗した割合（呼損率）に基づいて無線リソースの混雑度を推定する。通信時刻見直し部１２ｆは、図３(f)に一例を示したように、呼損率が高く混雑度が高いと推定される通信許可帯に割り当てられている通信時刻の一部が、呼損率が低く混雑度が低いと推定される低い他の通信許可帯に均等あるいは所定の優先度で割り当てられるように、各通信許可帯に対する通信回数の割り当てを見直す。

図４は、本発明の一実施形態の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ１では、通信時刻決定モジュール１２において、前記時間帯設定部１２ａにより所定の一周期（本実施形態では、２４時間）がランダムに等分割されて各時間帯の区切り[図３(a)，(b)]が設定され、さらに前記通信許可帯設定部１２ｂにより一部の時間帯pxが通信許可帯に分類[図３(c)，(d)]される。ステップＳ２では、前記通信回数割当部１２ｃにより、前記各通信許可帯にn回分の通信回数が均等に割り当てられる。ステップＳ３では、前記通信時刻決定部１２ｄにより、通信許可帯ごとに前記配分された少なくとも一つの通信時刻がランダムに決定される[図３(e)]。決定されたn回分の通信時刻は回線接続制御モジュール１１へ通知される。

ステップＳ４では、回線接続制御モジュール１１において、前記通知された通信時刻が現在時刻と比較され、通信時刻を迎えると、ステップＳ５へ進んで回線接続要求を通信機能モジュール１３へ送信する。通信機能モジュール１３は、この回線接続要求に応答して、予め登録されている宛先を対象に所定の呼接続処理を実行する。ステップＳ６では、呼接続に成功したか否か判定され、成功していえばステップＳ７へ進んで通信が実行される。ステップＳ８では、通信が完了したか否かが判定され、通信完了を待ってステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、今回の通信時刻において回線接続に成功した旨の通信ログが通信機能モジュール１３から回線接続制御モジュール１１を中継して回線接続成否ログデータベース１４に通知され、ログデータとして記録される。

これに対して、前記ステップＳ６において回線接続に失敗したと判定されると、ステップＳ１３でタイムアウトするまでステップＳ５へ戻って接続処理が繰り返され、タイムアウトするとステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、今回の通信時刻で回線接続に失敗した旨のログが回線接続成否ログデータベース１４に通知されてログデータとして記録される。ステップＳ１０では、所定の学習期間が完了したか否かが判定され、完了するまではステップＳ４へ戻って上記の学習処理が繰り返される。

その後、ステップＳ１０において学習期間が終了したと判定されるとステップＳ１１へ進み、通信許可帯ごとに無線リソースの混雑度が推定される。本実施形態では、前記混雑度推定部１２ｅが前記回線接続成否ログデータベース１４からログデータを取得し、回線接続に成功した割合の高い期間を混雑度が低いと推定する一方、回線接続に失敗した割合（呼損率）の高い期間を混雑度が高いと推定する。ステップＳ１２では、前記通信時刻見直し部１２ｅにより、前記混雑度の推定結果に基づいて通信時刻の割り当てが見直される。

本実施形態では、無線リソースの混雑度（本実施形態では、呼損率）が所定の閾値と比較され、図３(f)に示したように、呼損率が閾値を上回っている通信許可帯では通信回数が減ぜられる。この減ぜられた通信回数は他の通信許可帯に均等に振り分けられる。あるいは、混雑度のより低い通信許可帯により多くの通信回数が優先的に振り分けられるようにしても良い。

図５は、通信時刻の他の見直し方法を模式的に表現した図であり、ここでは、同図(a)に示したように、３つの通信許可帯#1，#2、#3に１２回分の通信時刻が割り当てられて最初の２４時間で回線接続が実施されたものの、通信許可帯#1，#2の混雑度が閾値を上回った場合を想定する。ここでは、２つの通信許可帯#1，#2の通信機会が半減されて２回とされるので、次の２４時間では、同図(b)に示したように、３つの通信許可帯#1，#2、#3に８回の通信時刻が割り当てられて回線接続が実施されることになる。

その結果、同図(b)に×印で示したように、８回の通信時刻のうち１回で回線接続に失敗すると、ここでは、本来の接続回数である１２回と実績回数との差分（＝５回）が求められ、この差分に相当する５回分の通信時刻が混雑度の低い通信許可帯に均等に振り分けられる。図５の例では、同図(c)に示したように通信許可帯#3に５回分の通信時刻が追加される。

以上のようにして、各通信許可帯の通信回数の見直しが完了すると前記ステップＳ３へ戻り、見直し後の発信回数に基づいて通信許可帯ごとに各発信時刻が前記通信時刻決定部１２ｃにより改めてランダムに決定されて回線接続制御モジュール１１へ通知され、以下同様の処理が繰り返される。

なお、上記の実施形態では一日を一周期として２４時間がランダムに８分割され、その一部のみが許可帯とされるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、等分割された全ての時間帯が通信許可帯とされるようにしても良い。

１１…回線接続制御モジュール，１２…通信時刻決定モジュール，１２ａ…時間帯設定部，１２ｂ…通信許可帯設定部，１２ｃ…通信回数割当部，１２ｄ…通信時刻決定部，１２ｅ…混雑度推定部，１２ｆ…通信時刻見直し部，１３…通信機能モジュール，１４…接続成否ログデータベース

Claims

予約された通信を無線リソースに余裕のある時間帯を学習して自律分散的に行う無線端末において、
所定の一周期をランダムに等分割し、少なくとも一部の時間帯を通信許可帯に設定する通信許可帯設定手段と、
予め割り当てられた総通信回数を前記各通信許可帯に少なくとも１回ずつ割り当てる通信回数割当手段と、
各通信許可帯において、前記割り当てられた通信回数分の通信時刻を決定する通信時刻決定手段と、
前記各通信時刻で通信を実施し、回線接続の成否を検出する通信機能手段と、
前記回線接続の成否を記録したログデータに基づいて、各通信許可帯での無線リソースの混雑度を推定する手段と、
前記推定結果に基づいて、混雑度の高い通信許可帯に割り当てられていた通信回数の一部を他の通信時間帯に振り分ける割当見直し手段と具備し、
前記通信時刻決定手段は、見直された割り当てに基づいて通信時刻を改めて決定し、これを繰り返すことを特徴とする無線端末。
前記通信回数割当手段は、予め割り当てられた総通信回数を各通信許可帯に均等に割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
前記通信時刻決定手段は、各通信許可帯における通信回数分の通信時刻をランダムに決定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線端末。
前記所定の一周期が２４時間であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無線端末。
前記割当見直し手段は、混雑度が所定の閾値を超えた通信許可帯に割り当てられていた通信回数の一部を、混雑度のより低い他の通信時間帯により多く振り分けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の無線端末。