JP6497345B2 - 無線リソース割当装置、方法、および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線リソース割当技術に関連し、特に、無線リソース割当装置から移動端末に対して利用すべき無線リソースを通知する無線リソース割当技術に関連する。

近年、移動端末（移動可能な無線通信装置）は、複数の無線周波数や無線通信方式に対応しており、状況に応じて適切な通信パラメータを用いて通信することで通信の効率を高めたり輻輳を回避したりする。通信パラメータの決定方法には、移動端末自身が決定する分散方式と、中央サーバが決定して移動端末に指示する中央制御方式の２つがある。

特許文献１，２は、分散方式により利用周波数を決定する方法を開示する。この手法では、移動端末がスキャンによって空き周波数を検出する。その際、移動端末は、時間ごと位置ごとに各周波数の利用確率が示されたテーブルを参照し、利用可能な確率が高い周波数からスキャンすることで効率化を図っている。

分散方式の問題点の一つは、移動端末がグローバルな通信状況を認識できない点である。グローバルな視点の欠如は隠れ端末問題を招く場合がある。また、複数の移動端末が独立してスキャンをすると、これら複数の移動端末が同時に同じチャネルを用いて送信を開始する場合があり、これは両方の端末からのメッセージの喪失を招く。チャネルの利用率が高ければ高いほど、問題はより重大となる。

中央制御方式は、携帯電話ネットワークなどにおいて利用されている。また、ホワイトスペースデータベース（ＷＳＤＢ： White Space Database）を用いたシステム（非特許
文献１）も中央制御方式の一つである。携帯電話ネットワークでは、移動端末と基地局とが密に連携して双方向に通信する必要がある。ＷＳＤＢはホワイトスペース情報をブロードキャストで配信し、移動端末からＷＳＤＢにデータ送信が必要ない。しかしながら、ＷＳＤＢを用いたシステムでは、放送局の位置に基づいた静的なホワイトスペース情報が送られ、リアルタイムな通信状況に応じて通信パラメータを制御することは困難である。

特開２００９−２００７７３号公報 米国特許第８２９０４２６号明細書 米国特許第７９８３８４１号明細書 米国特許第８４８３７００号明細書 米国特許第８８７４１２３号明細書 米国特許第６９６５５７６号明細書

Google Inc. "Proposal by Google Inc. to Provide a TV Band Device Database Management Solution", [online], [平成28年3月3日検索], <URL: http://www.scribd.com/doc/24784912/01-04-10-Google-White-Spaces-Database-Proposal>

本発明は、簡易な構成で、通信状況をリアルタイムに考慮してシステム全体の通信効率を向上させられる無線リソースの割当手法、およびそれを用いた無線通信手法を提供する
ことを目的とする。

本発明の第一の態様は、無線通信において利用すべき通信設定を含む通信設定通知を移動端末に対して配布する無線リソース割当装置である。本態様に係る無線リソース割当装置は、複数の位置における通信状況の測定結果または推定結果を取得する取得手段と、前記通信状況に基づいて、前記移動端末が無線通信において利用すべき通信設定を領域ごとに決定し、当該位置ごとの通信設定を含む通信設定通知を生成する生成手段と、前記通信設定通知を前記移動端末に送信する送信手段と、を備え、前記取得手段による通信状況の取得と、前記生成手段による通信設定通知の生成を、所定の間隔で繰り返し実行する。

上記の通信状況とは、移動端末による無線通信に影響を与える状況を意味する。通信状況の例は、通信設定ごとの通信性能、チャネルの利用率を含む。通信性能は、例えば、スループット、ビットエラー率（ＢＥＲ: Bit Error Rate）、パケットエラー率（ＰＥＲ：
Packet Error Rate）、信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ： Signal to Interference plus Noise Ratio）などによって表すことができる。通信状況の別の例は、移動端末の数または存在密度を含む。

本発明において、取得手段は通信状況の実測値を取得することができる。通信状況は、移動端末によって測定されても良いし、移動端末以外の測定装置によって測定されても良い。取得手段はまた通信状況の推定値を取得しても良い。通信性能は、実際の通信に基づいて測定できる。移動端末の数または存在密度は、移動端末の位置情報を取得することや、交通流を測定することによって得られる。取得手段は、例えば、過去の通信状況の履歴データを保有し、この履歴データに基づいて現在の通信状況を位置ごとに推定することができる。また、取得手段は、通信状況の実測値と推定値の両方を取得しても良い。例えば、取得手段は、実測値が取得できる位置では実測値を利用し、実測値が取得できない位置では推定値を利用しても良い。あるいは、取得手段は、実測値および／または履歴データを用いて現時点から所定時間の間の通信状況を推定するようにしても良い。

本発明において、生成手段は、移動端末が利用可能な通信設定（通信パラメータ）のうち、少なくともいずれか１つについて、利用すべき通信設定を領域ごとに決定する。通信設定の例として、通信方式、メディアアクセス方式、変調方式、使用周波数、最大送信レート、最大送信サイズ、送信出力が挙げられる。通信設定通知は、一つの通信設定について、一つの特定の値または設定を利用することを通知しても良いし、複数の値または設定のいずれかを利用可能であることを通知しても良い。生成手段は、領域ごとに利用すべき通信設定を決定するが、一部の領域については利用すべき通信設定を特に限定しなくても良い。通信設定が限定されていない領域では、移動端末は、任意の通信設定を利用して通信できる。

生成手段は、領域ごとの通信設定を決定する際に、領域内において通信の輻輳が生じないように通信設定を決定することができる。生成手段は、例えば、同一の通信設定を用いる範囲（領域）が狭くなるように通信設定を決定することができる。これにより、通信の衝突が発生しうる領域（衝突ドメイン）を分離できる。なお、通信量が多い場所ほど衝突ドメインを小さくすることで、より確実に衝突を回避できる。生成手段は、また、混雑した交差点のようにリソースの要求が多い領域に、多量のリソースを割り当てることも好ましい。生成手段は、また、路側機などのインフラストラクチャの位置を考慮して、ハンドオーバを支援するように通信設定を決定することも好ましい。

本発明において、送信手段は、通信設定通知を移動端末に配布可能であれば、通信設定通知の送信方法は特に限定されない。送信手段は、例えば、通信設定通知用の専用のチャ
ネルで通信設定通知を移動端末に送信することができる。また、本発明において、送信手段は、ブロードキャスト送信により通信設定通知を送信することができる。

本発明において、無線リソース割当装置は通信状況の取得と通信設定通知の生成を所定の間隔で繰り返し実行するので、新しい通信状況に基づいた通信設定通知を生成することができる。すなわち、現在の通信状況に対してより適切な通信設定通知を生成して移動端末に配布することができる。

本発明に係る無線リソース割当装置によれば、領域全体の通信状況を考慮して通信設定を決定できるので、通信の輻輳を回避し通信が失敗する可能性を低下させたり、システム全体でのスループットを改善したり、移動端末間の公平性を確保したり、という有利な効果が得られる。

本発明の第二の態様は、上記の無線リソース割当装置と、移動端末と、を含む無線通信システムである。本態様に係る無線通信システムでは、移動端末は、前記移動端末の現在位置を取得する位置情報取得手段と、前記無線リソース割当装置から前記通信設定通知を受信する通信設定通知受信手段と、前記通信設定通知に含まれる前記移動端末の現在位置において利用すべき通信設定を用いて、送信を行うように制御する通信制御手段と、を備える、ことができる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を備える無線リソース割当装置、移動端末、または無線通信システムとして捉えることもできる。本発明は、また、上記処理の少なくとも一部を実行する無線リソース割当方法または無線通信方法として捉えることができる。また、本発明は、この方法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、あるいはこのコンピュータプログラムを非一時的に記憶したコンピュータ可読記憶媒体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、簡易な構成により、通信状況をリアルタイムに考慮してシステム全体の通信効率を向上可能である。

図１は、実施形態に係る無線通信システムの概要を示す図である。 図２は、車両が備える無線通信装置の構成を示す図である。 図３は、中央サーバ（無線リソース割当装置）の構成を示す図である。 図４は、通信設定通知の１レコードのフォーマットを示す図である。 図５（Ａ）、５（Ｂ）は、無線リソースの割当方法の概要を説明する図である。 図６は、中央サーバが行う処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、中央サーバが行う通信設定通知の生成処理の具体例を示すフローチャートである。 図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、車両が備える無線通信装置が行う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。以下で説明される実施形態は車両ネットワークに本発明を適用したシステムであるが、本発明の適用先は車両ネットワークに限定されず、任意の移動無線通信ネットワークに適用可能である。

＜システム概要＞
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの概要を示す図である。本無線通信システムは、複数の車両１と中央サーバ２とから構成される。各車両１は中央サーバ２と双方向に通信可能である。各車両１は、路側に設けられた通信設備（アクセスポイント）を介して中央サーバ２と通信する。中央サーバ２は、単一のコンピュータから構成されるものであっても良く、分散配置された複数のコンピュータから構成されるものであっても良い。また、車両１と中央サーバ２との間の通信手段は、路側通信設備に限られず、携帯電話網や衛星通信網など任意の通信手段であってよい。

本無線通信システムにおける各車両１は、複数の無線インタフェースを有し、状況に応じて適切な無線通信設定により他の車両１またはその他の装置と無線通信を行う。本実施形態では、車両１は、中央サーバ２から通信設定通知（アドバイザリ（勧告）とも呼ばれる）を受信し、通信設定通知を参照して無線通信において利用する通信設定（無線インタフェース（通信方式）、メディアアクセス方式、変調方式、使用周波数、最大送信レート、最大送信サイズ、送信出力など）を決定する。詳細は後述するが、通信設定通知は、車両から報告されるチャネル状況（通信状況）の測定結果に基づいて中央サーバ２で生成され、利用すべき通信設定が領域ごとに格納されている。車両１は、自車両の現在位置を測定し、現在位置に応じた通信設定を利用する。

＜車両＞
図２は、車両１が備える無線通信装置の構成を示す図である。なお、以下では、車両１と車両１が備える無線通信装置を特に区別せずに、車両１が備える無線通信装置のことを車両１と参照する場合がある。車両１は、複数の無線インタフェース１０１＿１〜１０１＿Ｎ（以下、無線インタフェース１０１と総称することもある）、通信制御部１０２、通信設定通知記憶部１０５、通信設定通知受信部１０６、統計データベース１０７、チャネル状況測定部１０８、ＧＰＳ装置１０９、クロック１１０を備える。通信制御部１０２は、通信パラメータ設定部１０３および通信設定通知解釈部１０４を含む。通信制御部１０２は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のような論理回路によって構成されるが、一部または全部の機能がＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラムによって実現されても構わない。

無線インタフェース１０１は、例えば、ＷｉＦｉ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、
ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）を含む。車両１は、これら複数の無
線インタフェース１０１を用いて、データの送受信が可能である。本実施形態では、車両１は、送信はいずれか１つの無線インタフェース１０１を用いて行い、受信は複数の無線インタフェース１０１を用いて行う。また、無線インタフェース１０１として、ワンセグチューナやＦＭラジオ受信機のような受信専用のインタフェースを備えていても良い。

通信設定通知受信部１０６は、中央サーバ２から通信設定通知（アドバイザリ）を受信する。本実施形態では後述するように、路車間通信（Ｖ２Ｉ通信）専用の通信チャネルを用いて、通信設定通知が中央サーバ２から放送（ブロードキャスト）される。通信設定通知受信部１０６は、通信設定通知を受信すると、その内容を通信設定通知記憶部１０５に格納する。

通信設定通知解釈部１０４は、通信設定通知記憶部１０５から最新の通信設定を取得し、また、ＧＰＳ装置１０９から車両１の現在位置を取得する。後述するように、通信設定通知には、領域（地理的位置）ごとに、車両１が無線通信に利用すべき通信設定が格納されている。通信設定通知解釈部１０４は、車両１の現在位置において設定されている利用すべき通信設定を決定する。通信設定通知解釈部１０４が決定する通信設定は、利用する
無線インタフェース（通信方式）、メディアアクセス方式、変調方式、使用周波数、最大送信レート、最大送信サイズ、送信出力を少なくとも一部を含む。

通信設定通知は、必ずしも、無線通信において利用すべき通信設定の全てを指定するわけではなく、複数の通信設定のいずれかを利用することを許容したり、さらには、領域によって通信設定に関する制限が一切無かったりする場合がある。利用可能な通信設定が複数ある場合には、通信設定通知解釈部１０４は、これら複数の通信設定の中から適切な通信設定を決定する。通信設定通知解釈部１０４が決定した通信設定は、通信パラメータ設定部１０３に送られる。

通信パラメータ設定部１０３は、通信設定通知解釈部１０４から送られた通信設定で通信を行うように無線インタフェース１０１に対して指示する。なお、通信設定通知において利用可能な通信設定が複数ある場合には、通信パラメータ設定部１０３が、これら複数の通信設定の中から適切な通信設定を決定してもよい。

ＧＰＳ（Global Positioning System）装置１０９は、ＧＰＳ衛星から送信される信号
に基づいて現在位置を取得する。ＧＰＳ装置１０９は、基準局が発信する電波を元に位置誤差を修正するＤＧＰＳ（Differential GPS）を用いても良い。また、位置情報が取得可能であれば、ＧＰＳ以外のＧＮＳＳシステム（Global Navigation Satellite System：
汎地球航法衛星システム）を用いても良いし、携帯基地局測位を用いても良い。

チャネル状況測定部１０８は、車両１の周辺での無線通信チャネルの状況を測定する。チャネル状況測定部１０８は、例えば、現在使用中の無線通信チャネルにおける通信性能（スループット、ビットエラー率、パケットエラー率など）、チャネル利用率を測定する。測定結果は、測定日時および測定位置とともに、統計データベース１０７に格納される。チャネル状況測定部１０８は、適宜のタイミングで、チャネル状況の測定結果あるいは統計データベース１０７に格納した測定結果の履歴データを、無線インタフェース１０１を介して中央サーバ２へ送信する。

なお、チャネル状況測定部１０８を設けずに、ＧＰＳ装置１０９から得られる車両１の現在位置のみを中央サーバ２へ送信するようにしても良い。中央サーバ２は、車両１の位置を取得することで、位置ごとの車両数あるいはその密度を把握することができる。

クロック１１０はシステムクロックであり、無線通信装置の各機能部はこのクロック１１０に同期して動作する。

＜中央サーバ＞
図３は、中央サーバ２の機能構成を示す図である。中央サーバ２は、車両１に対して無線リソースを割り当てる機能を備えるので、無線リソース割当装置と解釈することができる。中央サーバ２は、無線通信部２０１、通信状況取得部２０２、統計解析部２０３、履歴統計データベース２０４、ポリシー記憶部２０５、通信設定通知生成部２０６、通信設定通知送信部２０７を備える。中央サーバ２の各機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラムによって実現されるが、一部または全部の機能がＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のよ
うな論理回路によって実現されても構わない。

無線通信部２０１は、車両１やその他の装置と通信を行う。通信方式は特に限定されず、例えば、中央サーバ２は、路車間通信（Ｖ２Ｉ通信）用の専用の通信チャネルを用いて通信を行う。中央サーバ２は、車両１以外に、道路上の車両数（または車両密度）や無線通信状況を測定する測定装置とも通信を行ってもよい。

通信状況取得部２０２は、車両１やその他の測定装置が測定した通信状況を取得する。通信状況には、無線通信チャネルの状況、すなわち、無線通信チャネルにおける通信性能（スループット、ビットエラー率、パケットエラー率など）やチャネル利用率が含まれる。また、通信状況には、道路上の車両数・車両密度も含まれる。

統計解析部２０３は、通信状況取得部２０２が取得した通信状況の測定結果を統計的に解析する。統計解析部２０３は、例えば、位置（領域）ごとおよび時間帯ごとの通信状況の平均値や分散値などを求める。

履歴統計データベース２０４は、通信状況取得部２０２が受信した通信状況の測定結果や、統計解析部２０３による解析結果が格納される。

ポリシー記憶部２０５は、車両１による無線通信に適用されるポリシーが格納される。通信ポリシーは、例えば、政府や当局によって課される無線通信の規制を表すものであって良い。あるいは、通信ポリシーは、無線通信システムの管理者によって課される無線通信の要件であってもよい。中央サーバ２は、これらのポリシーにしたがいつつ、車両１間の無線通信を効率化するように、無線リソースの割当を決定する。

通信設定通知生成部２０６は、履歴統計データベース２０４に格納されている通信状況に基づいて、車両１が無線通信において利用すべき通信設定を領域ごとに決定し、領域ごとに車両１が利用すべき通信設定を含む通信設定通知を生成する。通信設定通知生成部２０６は、典型的には、領域内において通信の輻輳が生じないように通信設定を決定する。通信設定通知生成部２０６は、同一の通信設定を用いる範囲（領域）が狭くなるように通信設定を決定する。特に、通信設定通知生成部２０６は、通信量が多い場所ほど同一の通信設定を用いる範囲を狭くする。通信設定の具体的な決定方法の例は、後述する。

通信設定通知生成部２０６は、通信状況の履歴データに基づく統計解析結果に基づいて通信設定通知を生成することができる。すなわち、通信設定通知は、過去の通信状況から推定される現在の通信状況に基づいて生成されることができる。あるいは、通信設定通知生成部２０６は、車両１やその他の測定装置から取得された通信状況の直近の測定結果に基づいて通信設定通知を生成することができる。直近の（所定時間以内の）測定結果の利用は、現在の通信状況に基づく通信設定通知の生成を可能とする。現在の通信状況を用いることでより適切な無線リソース割当が可能になるので、本実施形態に係る通信設定通知生成部２０６は、直近の測定結果が利用可能な位置では測定結果と過去の履歴データを利用して通信設定通知を生成し、測定結果が利用不可能な位置では過去の履歴データを利用して通信設定通知を生成する。

通信設定通知は、利用すべき通信設定を領域ごとに含む。領域の大きさや形状は、適宜定めることができる。例えば、領域を５０メートル四方のメッシュとすることができる。

通信設定通知には、全ての通信設定（パラメータ）が指定されていても良いし、一部の通信設定のみが指定されていても良い。通信設定通知に全ての通信設定が指定されている場合には、車両１は、通信設定通知の通りの設定で通信を行う。通信設定通知に一部の通信設定のみが指定されている場合には、車両１は、指定されていない通信設定を独自に決定することができる。通信設定通知は、また、１つの領域に対して複数の通信設定を含んでも良い。この場合、車両１は通信設定通知に含まれるいずれかの通信設定を利用して無線通信を行う。通信設定通知は、また、ある領域については通信設定の指定がなくてもよい。この場合、車両１は独自に通信設定を決定することができる。

通信設定通知生成部２０６は、所定の間隔で繰り返し通信設定通知を生成する。この所定の間隔は、１０秒、１分、２分、１０分、１５分、３０分、１時間などの、あらかじめ定められた間隔とすることができる。この時間間隔は、無線通信システムの管理者が、システムに課される要求に応じて適宜設定することができる。

図４は、通信設定通知生成部２０６によって生成される通信設定通知の１レコードのフォーマットを示す図である。通信設定通知は、図４に示すフォーマットを有するレコードを複数含んで構成される。通信設定通知の１レコードは、ヘッダ４０１、領域４０２、ＴＴＬ（Ｔｉｍｅ−Ｔｏ−Ｌｉｖｅ）４０３、設定数４０４、設定１〜Ｎ（４０５−１〜Ｎ）が含まれる。ヘッダ４０１は、このデータが通信設定通知であることを示す識別子や送信者の識別子などを含む。領域４０２は、レコードが対象とする地理的範囲を示す。領域は、領域の識別子によって特定されても良いし、領域の頂点や中心の位置座標によって特定されても良い。ＴＴＬ４０３は、このレコードの通信設定が有効である期間を示す。設定数４０４は、このレコードに含まれる通信設定の数（Ｎ）を表す。設定１〜Ｎ（４０５−１〜Ｎ）は、利用すべき通信パラメータが特定される。設定１〜Ｎ（４０５−１〜Ｎ）のそれぞれのフィールドに、通信方式、メディアアクセス方式、変調方式、使用周波数、最大送信レート、最大送信サイズ、送信出力などについて、利用すべきパラメータが格納される。

ある１つの領域において、複数の通信設定を利用可能とする場合には、同一の領域４０２について複数のレコードを定義すればよい。また、ある領域において利用すべき通信設定を特に制限しない場合には、通信設定通知は、その領域について通信設定が無制限である旨を示すレコードを含むことが好ましい。

通信設定通知生成部２０６による通信設定の決定方法、すなわちリソース割当方法について、より詳細に説明する。リソース割当の手法として、主に次の３つの手法が考えられる。

第１の手法は、同一のリソースを用いる端末を分離するために、同一のリソースを用いる地域を限定し、隣り合う地域間では異なるリソースを用いるようにする手法である。例えば、地域ごとに異なる無線周波数を割り当てたり、異なる無線通信方式を割り当てることが考えられる。これにより、無線通信の衝突が発生しうる領域（衝突ドメイン）を限定することができる。

第２の手法は、リソース要求の多い（通信量の多い）地域に対して、複数のリソースを与える手法である。例えば、渋滞が発生する主要道路の交差点付近に対して、複数の無線周波数を割り当てたり、複数の無線通信方式を割り当てたりすることが考えられる。このように複数のリソースが割り当てられた領域では、車両１は、その中のいずれかのリソースを用いて通信を行えばよい。

第３の手法は、路側機などのインフラストラクチャ設備の設置箇所を意識して、ハンドオーバ決定を支援するようにリソースを割り当てる手法である。たとえば、路側機と通信可能な領域の周辺では、路側機との通信へのハンドオーバが容易になるような通信方式を割り当てることが考えられる。

図５（Ａ）、５（Ｂ）は、通信設定通知生成部２０６による無線リソースの割当方法（通信設定の決定方法）の概要を説明する図である。図５（Ａ）は位置ごとのリソース割当を概念的に示し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示す割当方法を本実施形態に係る通信設定通知によって実装する例を示す。なお、図５（Ｂ）における各正方形は領域を表し、その中の数字はその領域に割り当てられている無線リソース（ここでは、簡略化して通信設定「
１」〜「９」の９個の設定があるものとして説明する）を表す。なお、図５（Ａ），５（Ｂ）に示す例は説明を目的とするものであり、実際にこのような割当が行われる必要は無い。

図５（Ａ）中の点線５１０で囲った部分では、上述の第１の手法による割当が行われている。すなわち、領域５１１〜５１５のそれぞれに対してリソース「１」〜「５」（たとえば、周波数「１」〜「５」）が割り当てられている。車両１はそれぞれの領域に割り当てられたリソースを用いて通信するため、同一のリソースを用いて通信を行う車両１の数が限定される。これにより、通信量が減って通信の衝突が減ることから、通信が効率的に行えるようになる。

図５（Ａ）中の点線５２０で囲った部分では、上述の第２の手法による割当が行われている。図５（Ａ）では、３つの領域５２１〜５２３が示されているが、これらは実際には同一の領域であり、この領域に対して３種類のリソース「１」〜「３」が割り当てられている。この領域内に位置する車両１は、リソース「１」〜「３」のいずれを用いても良い。このように、通信量の多い領域に対して複数のリソースを割り当てることで、多量の通信に対応可能となる。

図５（Ａ）中の点線５３０で囲った部分では、上述の第３の手法による割当が行われている。路側機５３９と通信可能な領域５３１〜５３３では、路側機５３９とのハンドオーバを考慮して、路側機５３９との通信にも利用可能なリソース「９」が割り当てられている。これにより、路側機５３９と通信可能な範囲にある車両１は路側機５３９と通信可能である一方、路側機５３９からの信号が僅かに届くような遠方の車両１はその他のリソースを用いて通信が行える。

なお、ある位置での通信量が増えたり車両数または車両密度が増えた場合には、同一のリソースを適用する領域の大きさを小さくしたり、その領域内での最大通信速度や最大送信サイズの上限を低くすると良い。これにより、領域内での通信量を減らし通信の衝突を回避できる。

通信設定通知送信部２０７は、通信設定通知生成部２０６が生成した通信設定通知を、車両１に対して送信する。本実施形態では、通信設定通知送信部２０７は、路車間通信専用の通信チャネルを用いてブロードキャスト送信によって車両１に通信設定通知を配信（配布）する。本実施形態においては、車両１が通信設定を決定する際に、中央サーバ２との双方向の通信は不要であるため、ブロードキャストによる送信で十分である。なお、路車間通信以外にも、従来のインフラストラクチャを用いた方法や衛星ブロードキャストや地上デジタル放送（ＤＶＢ−Ｔなど）を用いた手法で放送しても良い。

なお、通信設定通知のサイズが大きい場合には、通信設定通知送信部２０７は通信設定通知の全体を１回の送信で送る必要はなく、適宜の単位に分割して個別に送信しても良い。また、通信設定通知送信部２０７による送信の頻度は、通信設定通知が新しく生成される度に１回または複数回とすることができる。典型的には、通信設定通知の更新間隔よりも短い間隔で、繰り返し送信することが好ましい。

＜方法＞
次に、本実施形態に係る無線通信システムにおける中央サーバ２および車両１が行う処理についてフローチャートを参照して説明する。

図６のフローチャートを参照して中央サーバ２が行う処理を説明する。図６に示される処理は、定期的に繰り返し実行される。

ステップＳ６０１において、通信状況取得部２０２が車両１や路側機などから通信状況の測定結果を取得する。取得する通信状況は、通信性能やチャネル利用率などのチャネルの状況および車両の存在密度などを含む。

ステップＳ６０２において、統計解析部２０３が、取得した通信状況に対して統計解析処理を実施し、位置ごとおよび時間ごとの通信状況を求める。

ステップＳ６０３において、通信設定通知生成部２０６が、通信状況に基づいて、位置ごとの通信設定を決定する。通信設定通知生成部２０６は、車両１や測定装置から取得したリアルタイムの通信状況や統計解析部２０３によって得られる統計的な通信状況から、現在の通信状況を取得または推定して、輻輳が生じないように適切な通信設定の割当を実施する。ステップＳ６０４において、通信設定通知生成部２０６は決定した通信設定の割当に基づいて、通信設定通知を生成する。

ステップＳ６０５において、通信設定通知送信部２０７は、生成した通信設定通知を、路車間通信の専用チャネルにおいてブロードキャストによって車両１に送信する。通信設定通知の送信は１回のみ行われてもよいし、繰り返し実行されても良い。

図７のフローチャートを参照して、通信設定通知の生成処理をより具体的に説明する。図７に示す処理は、通信設定通知生成の一具体例である。ここでは、説明の簡略化のために、通信状況として車両の存在密度のみを考慮し、取り得る通信設定として使用する無線通信方式（７６０ＭＨｚ ＤＳＲＣ，５．９ＧＨｚ ＤＳＲＣ，２．４ＧＨｚ ＷｉＦｉ，５，６ＧＨｚ ＷｉＦｉ）のみを考慮する。

ステップＳ７０１において、通信状況取得部２０２が、車両１の位置を取得する。取得する車両位置は、ある特定時刻における車両の分布に限られず、複数の時刻における車両位置を重ね合わせた分布であっても構わない。

ステップＳ７０２において、通信状況取得部２０２は、車両位置に対してクラスタリング処理を施す。本実施形態では、ｋ―ｍｅａｎｓ（ｋ平均法）を用いたクラスタリングを行う。

ループＬ１では領域（たとえば、５０メートル四方の矩形）ごとに、ステップＳ７０３〜Ｓ７０５の処理が繰り返される。ステップＳ７０３では、通信設定通知生成部２０６は、対象領域とクラスタ重心の距離が閾値（たとえば１００メートル）以下であるか否か判定する。領域とクラスタ重心のあいだの距離は、たとえば、領域の中心とクラスタ重心とのあいだの距離として定義できる。なお、複数のクラスタのうち、対象領域に最も近いクラスタ重心とのあいだの距離が閾値以下であるか否かがステップＳ７０３において判定される。

対象領域と最も近いクラスタ重心とのあいだの距離が閾値よりも大きい場合（Ｓ７０３−ＮＯ）には、通信設定通知生成部２０６は、当該対象領域に、標準的なリソースを割り当てる。標準的なリソース割当は、あらかじめ定めることができ、本実施形態では、７６０Ｍｈｚ帯のＤＳＲＣまたは５．９ＧＨｚ帯のＤＳＲＣのいずれかとする。

一方、対象領域と最も近いクラスタ重心とのあいだの距離が閾値以下の場合（Ｓ７０３−ＹＥＳ）には、通信設定通知生成部２０６は、当該対象領域に、多量のリソースを割り当てる。多量のリソース割当とは、標準的なリソース割当よりも多くのリソースを割り当てることであり、たとえば、より大容量の通信が可能なようにリソースを割り当てること
を言う。このリソース割当も、あらかじめ定めることができ、本実施形態では２．４ＧＨＺおよび５．６ＧＨｚ帯のＷｉＦｉの両方を割り当てる。この領域内の車両１は、２．４ＧＨｚまたは５．６ＧＨｚ帯のいずれを用いて通信を行うことができる。

ステップＳ７０６およびＳ７０７は、図６におけるステップＳ６０４およびＳ６０５と同様である。

なお、ステップＳ７０２におけるクラスタリング処理は、車両の密度を判定するための処理である。したがって、クラスタリングのアルゴリズムはｋ平均法に限る必要はない。ｋ平均法以外の距離ベースのクラスタリングアルゴリズムや、密度ベースクラスタリングアルゴリズムなどを採用することができる。また、ステップＳ７０３における判定は、対象領域における車両の密度が高いか否かを判定する処理であるため、具体的な判定処理はクラスタリングアルゴリズムに応じて適宜変更すればよい。

また、車両の密度を判定する処理においてクラスタリング処理は必ずしも用いなくても良い。たとえば、ステップＳ７０２〜Ｓ７０３において対象領域を中心とする所定の範囲に存在する車両台数を求め、車両台数が閾値以上か否かに応じて対象領域に対するリソースの割当を決定するようにしても良い。

図８（Ａ）〜８（Ｃ）を参照して、車両１が行う処理について説明する。

図８（Ａ）は、中央サーバ２から通信設定通知を受信する処理を示すフローチャートである。ステップＳ８０２において、通信設定通知受信部１０６が中央サーバ２から通信設定通知を受信すると、ステップＳ８０２において、受信した設定通知に含まれる情報を通信設定通知記憶部１０５に格納する。これにより、通信設定通知記憶部１０５は、受信した最新の通信設定通知を記憶する。

図８（Ｂ）は、車両１が他の車両との間に対して情報を送信する際の処理を示すフローチャートである。ステップＳ８１１において、車両１はＧＰＳ装置１０９から現在位置を取得する。ステップＳ８１２において、通信制御部１０２は通信設定通知記憶部１０５が格納している通信設定通知の内容を取得する。ステップＳ８１３において、通信制御部１０２は、現在位置で利用すべきであると通信設定通知において指定されている通信設定を取得する。なお、現在位置で複数の設定通知が利用可能であると指定されている場合には、通信制御部１０２が所定の選択基準にしたがって選択すれば良い。ステップＳ８１４において、通信制御部１０２は、決定した通信設定（通信パラメータ）を用いて通信を行うように、無線インタフェース１０１を制御する。

車両１の送信処理を説明したので、車両１の受信処理についても説明する。車両１の受信処理は、送信処理と同様に通信設定通知から決定される通信設定のみを対象として行ってもよいが、利用可能な全ての通信設定を対象として受信処理を行うことが好ましい。通信設定通知にしたがった送信のみが行われるとは限らないためである。あるいは、現在位置およびその周辺の領域（所定の距離内の領域）において送信に用いられる通信設定を対象として受信を行うようにしてもよい。

図８（Ｃ）は、車両１が通信状況を中央サーバ２に送信する処理を示すフローチャートである。ステップＳ８２１において、チャネル状況測定部１０８は、チャネル状況を測定する。具体的には、スループット・ビットエラー率・パケットエラー率のような通信性能や、チャネル利用率を測定する。チャネルの利用率は、周辺に位置する車両の台数・密度に基づいて決定することもできる。ステップＳ８２２において、車両１は、測定したチャネル状況を中央サーバ２に送信する。

＜本実施形態の有利な効果＞
本実施形態によれば、中央サーバ２から車両１に対して無線リソースの割当を通知することで、車両１が経験する無線通信品質を向上させることができる。中央サーバ２は、車両１やその他の情報ソースから通信状況に関する情報を取得し、この知識を用いて改善された通信を可能とする通信設定を決定する。中央サーバ２は、位置ごとに無線リソースの割当を決定するので、車両１は、通信設定通知を自身の現在位置のみに基づいて、適切な通信設定を決定できる。すなわち、車両１は、送信に利用する通信設定を決定するために、中央サーバ２やその他の車両とやりとりする必要が無く、協調のためのオーバーヘッドを抑制することができる。

また、中央サーバ２は車両１やその他の情報ソースから得られる通信状況に応じて通信設定通知を更新するので、通信の輻輳が生じた場合に中央サーバ２からの指示によってリアルタイムにこの問題に対処できる。

適切な通信設定で無線通信を行うことで、通信の衝突が発生する頻度を抑制でき、通信のスループットや平均レイテンシーを向上させることができる。この際、中央サーバ２がシステム全体の状況をしているので、一部の端末のスループットをのみを向上させるのではなく、システム全体のスループットを向上させることができる。また、中央サーバ２が、全ての車両に対して十分なリソースを割り当てて、必要であれば適切な制約を各車両に対して課すことができるので、システム内の各端末の公平性も達成できる。

＜変形例＞
上記の実施形態は本発明を実施する一例に過ぎず、本発明をその内容に限定するものではない。本発明は、その技術的思想の範囲内で、種々の変形が可能である。

上記の実施形態は車両（車載端末）から構成される無線通信システムであったが、移動可能な無線通信装置（移動端末）から構成される任意の無線通信システムに対して本発明を適用することができる。移動端末とは、車両などの移動可能な装置に備え付けられた無線通信装置、および持ち運び可能な無線通信装置を含む。

上記の実施形態で説明した通信設定は例示に過ぎず、中央サーバ（無線リソース割当装置）によって通知される通信設定は上記に限られない。他の例は、最大送信レート（たとえば、毎秒Ｘパケット以下）やチャネルクォータ（最大送信サイズ）のような移動端末のリソースの利用制限、使用可能な周波数の組み合わせ、変調方式・符号化方式・送信出力・メディアアクセス方式（ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）、（Ｏ）ＦＤＭ
Ａ（(Orthogonal) Frequency Division Multiple Access）、ＳＤＭＡ（Spatial Division Multiple Access）などのメディアアクセス方式、ＷｉＦｉ・ＬＴＥ・ＤＳＲＣなどの
アクセス技術を含むことができる。

上記の実施形態では、通信状況の測定値と推定値の両方を用いて無線リソースの割当を行っている。しかしながら、通信状況の推定値に頼らずに、実測値に基づいて無線リソースの割当を行うことが、より好ましい。実測値のみに基づいて無線リソース割当を行うには、中央サーバが、多数の車両から通信状況の測定値を受け取ることが重要である。さらに、中央サーバは、路側機からも通信状況の測定値を受け取ることが好ましい。実測値に基づいて無線リソースの割当を行うことで、現在の状況をより適切に反映できる。

１：車両 ２：中央サーバ
１０２：通信制御部 １０３：通信パラメータ設定部
１０４：通信設定通知解釈部 １０５：通信設定通知記憶部
１０６：通信設定通知受信部 １０７：統計データベース
１０８：チャネル状況測定部
２０１：無線通信部 ２０２：通信状況取得部
２０３：統計解析部 ２０４：履歴統計データベース
２０５：ポリシー記憶部 ２０６：通信設定通知生成部
２０７：通信設定通知送信部

Claims (14)

1. 移動端末に対して無線通信において利用すべき通信設定を含む通信設定通知を配布する無線リソース割当装置であって、
   複数の位置における通信状況の測定結果または推定結果を取得する取得手段と、
   前記通信状況に基づいて、前記移動端末が無線通信において利用すべき通信設定を領域ごとに決定し、当該位置ごとの通信設定を含む通信設定通知を生成する生成手段と、
   前記通信設定通知を前記移動端末に送信する送信手段と、
   を備え、
   前記生成手段は、前記通信状況に基づいて、前記領域のサイズ、または、前記領域のそれぞれに割り当てる無線リソースの量を決定したうえで、対応する前記通信設定通知を生成し、
   前記取得手段による通信状況の取得と、前記生成手段による通信設定通知の生成を、所定の間隔で繰り返し実行する、
   無線リソース割当装置。
2. 前記通信状況は、通信設定ごとの通信性能、または、チャネルの利用率を含む、
   請求項１に記載の無線リソース割当装置。
3. 前記通信状況は、移動端末の存在密度を含む、
   請求項１または２に記載の無線リソース割当装置。
4. 前記取得手段は、前記移動端末または通信状況を測定する測定装置から、通信状況の測定結果を取得する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の無線リソース割当装置。
5. 前記取得手段は、位置ごとの通信状況の履歴データに基づいて、通信状況を推定する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の無線リソース割当装置。
6. 前記生成手段は、通信の輻輳が生じないように領域ごとの前記通信設定を決定する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の無線リソース割当装置。
7. 前記生成手段は、通信方式、メディアアクセス方式、変調方式、使用周波数、最大送信レート、最大送信サイズ、送信出力のうち少なくともいずれかについて、利用すべき通信設定を領域ごとに決定する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の無線リソース割当装置。
8. 前記送信手段は、前記通信設定通知をブロードキャスト送信する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の無線リソース割当装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の無線リソース割当装置と、
   移動端末と、
   を含む無線通信システムであって、
   前記移動端末は、
   前記移動端末の現在位置を取得する位置情報取得手段と、
   前記無線リソース割当装置から前記通信設定通知を受信する通信設定通知受信手段と、
   前記通信設定通知に含まれる前記移動端末の現在位置において利用すべき通信設定を用いて、送信を行うように制御する通信制御手段と、
   を備える、無線通信システム。
10. 前記移動端末は、前記通信設定通知受信手段によって受信された前記通信設定通知を記憶する記憶手段をさらに備え、
    前記通信制御手段は、前記記憶手段に格納された前記通信設定通知に基づいて利用すべき通信設定を決定する、
    請求項９に記載の無線通信システム。
11. 前記移動端末は、
    通信設定ごとの通信性能またはチャネルの利用率、あるいは移動端末の存在密度を測定する測定手段と、
    前記測定手段による測定結果を前記無線リソース割当装置に送信する測定結果送信手段と、
    を備える、請求項９または１０に記載の無線通信システム。
12. 前記移動端末は、車両に搭載された無線通信装置である、
    請求項９から１１のいずれか１項に記載の無線通信システム。
13. 移動端末に対して無線通信において利用すべき通信設定を含む通信設定通知を配布する無線リソース割当方法であって、
    複数の位置における通信状況の測定結果または推定結果を取得する取得ステップと、
    前記通信状況に基づいて、前記移動端末が無線通信において利用すべき通信設定を領域ごとに決定し、当該位置ごとの通信設定を含む通信設定通知を生成する生成ステップと、
    前記通信設定通知を前記移動端末に送信する送信ステップと、
    を含み、
    前記生成ステップでは、前記通信状況に基づいて、前記領域のサイズ、または、前記領域のそれぞれに割り当てる無線リソースの量を決定したうえで、対応する前記通信設定通知を生成し、
    前記取得ステップと前記生成ステップを、所定の間隔で繰り返し実行する、
    無線リソース割当方法。
14. 請求項１３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プログラム。

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