JP7105213B2 - 通信端末及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、省電力型広域無線ネットワークに準拠した通信端末及びプログラムに関する。

移動通信システムの標準化プロジェクトである３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）では、省電力型広域無線ネットワーク（ＬＰＷＡ：Low Power Wide Area）がすでに標準化されている。

非特許文献１には、IoTデバイス向けのセルラーＬＰＷＡを実現するＬＴＥ標準規格（以下、ＬＰＷＡ規格と総称する。）として、ＮＢ－IoT（Narrow Band Internet of Things）やｅＭＴＣ(enhanced Machine Type Communication)の規格化に関する詳細が開示されている。ＬＰＷＡ規格に準拠することで低消費電力を低コストで達成できることが期待されている。

The Mobile Broadband Standard（http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1805-iot_r14）

しかしながら、多数のIoTデバイスから１つのサーバにアクセスが集中すると、サーバにおいて各々の通信処理に遅延が生じたり接続拒否が発生したりする。サーバ側で通信処理に遅延が生じたり接続拒否が発生したりすると、IoTデバイスにおいてメッセージ再送処理が働き、無駄なトラフィックが発生することがある。

特に、ＬＰＷＡ規格では相対的に帯域が狭くて通信速度が遅いため、無線状況が良い場合であっても送信に時間がかかる。そのため、メッセージ再送処理が働きやすくなり、無駄なトラフィックが発生しやすい、という問題があった。

本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、省電力型広域無線ネットワークにおいて無駄なトラフィックの発生を抑制することができる通信端末等を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様は、省電力型広域無線ネットワークに準拠した通信端末であって、所定のメッセージをサーバ宛てに送信する送信部と、前記メッセージの送信時刻を管理する送信時刻管理部と、前記メッセージを送信してから応答信号が返信されるまでの往復遅延時間を計測する計測部と、を備え、前記送信時刻管理部は、前記応答信号が返信されずに所定のタイマー値以上の時間が経過した場合に前記メッセージを再送するものであり、前記往復遅延時間が前記タイマー値以上であることを連続して複数回検出した場合に当該タイマー値を再設定する通信端末である。
本発明の他の実施形態は、省電力型広域無線ネットワークに準拠したコンピュータによって実行されるプログラムであって、前記コンピュータに、所定のメッセージをサーバ宛てに送信する機能と、前記メッセージを送信してから応答信号が返信されるまでの往復遅延時間を計測する機能と、前記応答信号が返信されずに所定のタイマー値以上の時間が経過した場合に前記メッセージを再送する機能と、前記往復遅延時間が前記タイマー値以上であることを連続して複数回検出した場合に当該タイマー値を再設定する機能と、を実行させるためのプログラムである。

この態様によれば、個々の通信端末におけるメッセージの送信時刻が非定期となることで、サーバ側でのメッセージの受信時刻は分散する。この結果、サーバ側で通信処理に遅延が生じたり接続拒否が発生したりすることを未然に防ぐことができ、通信端末側でメッセージ再送処理が働くことによる無駄なトラフィックの発生を抑制することが可能となる。

本発明によれば、省電力型広域無線ネットワークにおいて無駄なトラフィックの発生を抑制可能な通信端末等を提供することができる。

第１実施形態に係る通信端末を適用する移動通信システムの構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る通信端末の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る通信端末において、第１の動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態に係る通信端末において、第２の動作を説明するフローチャートである。 第３実施形態に係る通信端末の構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る通信端末において、第３の動作を説明するフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の第１から第３実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

〔第１実施形態〕
〔システム構成〕
図１は、第１実施形態に係る通信端末を適用する移動通信システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、移動体通信システム１００は、通信端末１０、マクロセル（Macro Cell）基地局３０、サーバ（Server）５０を備える。

通信端末１０は、省電力型広域無線ネットワーク（ＬＰＷＡ：Low Power Wide Area）に準拠した様々なIoTデバイス、例えば、ウェアラブル端末や電気メータなどであり、ＵＥ（User Equipment）とも呼ばれる。

図２は、第１実施形態に係る通信端末の構成を示すブロック図である。図２に示すように、通信端末１０は、制御部１１と、送信部１４と、送信時刻管理部１５と、情報管理部１６と、記憶部１７と、を備える。制御部１１は、通信端末１０における各種の情報処理を行う機能を有し、中央処理装置（ＣＰＵ）１２と、メモリ１３と、を備える。

送信部１４は、自端末に搭載された各種センサやメータ、ＧＰＳ装置などによって取得された所定の情報（以下、単にメッセージという）を送信する機能を有する。送信時刻管理部１５は、メッセージの送信時刻を管理する機能を有する。さらに、送信時刻管理部１５は、メッセージの送信時刻が非定期となるように管理する機能を有する。情報管理部１６は、IoTデバイス等の通信端末１０において使用・表示される情報を管理する機能を有する。記憶部１７は、画像や音声、IoTデバイス等で実行するソフトウエア等を記録する機能を有する。

マクロセル基地局３０は、通信端末１０との間でアクセス無線通信を確立するように構成されている。マクロセル基地局３０は、半径数百メートルから十数キロメートルの通信エリアを構築する。マクロセル基地局３０は、ｅＮＢとも呼ばれている。

サーバ５０は、通信端末１０に関する各種の管理を行う装置である。サーバ５０は、コアネットワーク（図示略）を介してマクロセル基地局３０に接続され、通信端末１０に関する応答管理、接続管理、故障管理、品質管理、起動／停止制御管理等を実行するように構成されている。

〔通信端末の動作〕
（第１の動作）
次に、本実施形態の移動体通信システム１００における通信端末１０の第１の動作について説明する。

図２で示したように、本実施形態に係る通信端末１０は、所定のメッセージを送信する送信部１４と、メッセージの送信時刻を管理する送信時刻管理部１５と、を備えている。送信時刻管理部１５は、メッセージの送信時刻が非定期となるように管理する機能を有する。

第１の動作では、送信時刻管理部１５は、所定の許容期間内でランダムに分散するように、メッセージの送信時刻を管理する。例えば、定められた基準時刻にメッセージを送信する場合は、許容可能なずれの範囲内において、ランダムに時刻を選択してその選択時刻にメッセージを送信する。より具体的には、例えば、毎日２時にメッセージを送信する場合は、毎日１時～３時の間の許容可能なずれの範囲において、ランダムに時刻を選択する。

図３は、第１実施形態に係る通信端末において、第１の動作を説明するフローチャートである。
前提として、送信時刻管理部１５には、メッセージを送信する基準時刻（Ｔ０）が設定されるとともに（Ｓ１１０）、許容可能なずれの範囲（Ｔ０±ｔ）が設定される（Ｓ１２０）。基準時刻（Ｔ０）や許容可能なずれの範囲（Ｔ０±ｔ）は、例えば通信端末１０の操作パネル（図示略）等を適宜操作することで、設定・変更可能となっている。

送信時刻管理部１５は、許容可能なずれの範囲内（Ｔ０±ｔ）でランダムに時刻（選択時刻）Ｔｘを選択する（Ｓ１３０）。

送信時刻管理部１５は、タイマ（図示略）などを利用して、選択時刻（Ｔｘ）が経過したことを検知すると（Ｓ１４０）、メッセージを送信し（Ｓ１５０）、処理を終了する。

第１実施形態に係る通信端末１０は、送信時刻管理部１５がメッセージの送信時刻が非定期となるように管理する。個々の通信端末１０におけるメッセージの送信時刻が非定期となることで、サーバ５０側でのメッセージの受信時刻は分散する。よって、サーバ５０側で通信処理に遅延が生じたり接続拒否が発生したりすることがなくなり、通信端末１０側でメッセージ再送処理が働くことによる無駄なトラフィックの発生を抑制することが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る通信端末について説明する。

第２実施形態に係る通信端末１０と第１実施形態に係る通信端末１０とは、送信タイミングを管理する方法が異なる。すなわち、第１実施形態に係る通信端末１０は、送信タイミングを絶対時刻（例えば、毎日午前２時など）で管理するのに対し、第２実施形態に係る通信端末１０は、相対時刻（例えば、前回の送信から１０分後など）で管理する。

（第２の動作）
第２実施形態に係る通信端末１０は、ひとつ前の送信タイミングを基準とし、許容可能なずれの範囲内においてランダムに時刻を選択することで、次の送信タイミングを決定する。かかる構成によれば、時間が経つほどサーバ５０へのアクセスはさらに分散化する。例えば、１０分毎に送信する場合は、前回送信時から１０分＋ｎ＊１０秒後に送信する。ここで、ｎ＝０～６までの整数で、ランダムに選択されるものとする。

図４は、第２実施形態に係る通信端末において、第２の動作を説明するフローチャートである。
前提として、送信時刻管理部１５には、予め、所定の時間毎（ＴＬ毎）にメッセージを送信する時刻が設定されるとともに（Ｓ２１０）、許容可能なずれの範囲ＴＬ±ｔが設定される（Ｓ２２０）。

送信時刻管理部１５は、ランダムに変化するオフセット時間（ｎ＊１０秒、ｎ＝０～６までの整数）を選択する（Ｓ２３０）。次に送信時刻管理部１５は、一つ前の送信タイミングを基準として、オフセット時間を加えた時刻（ＴＬ＋ｎ＊１０秒）を、次の送信タイミング（選択時刻）として決定する（Ｓ２４０）。なお、オフセット時間を加えた時刻（ＴＬ＋ｎ＊１０秒）は、常に許容可能なずれの範囲（ＴＬ±ｔ）内にあるように、ｎ（変数）が設定される。

送信時刻管理部１５は、タイマ（図示略）などを利用して、選択時刻（ＴＬ＋ｎ＊１０秒）が経過したことを検知すると（Ｓ２５０）、メッセージを送信し（Ｓ２６０）、処理を終了する。

第２実施形態に係る通信端末１０は、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を発揮する。特に、第２実施形態に係る通信端末１０は、商用電源から電力を得ていた場合に有利な効果を奏する。例えば、停電が発生し、その後、停電からの復帰で一斉に通信端末１０が起動した場合であっても、送信タイミングをランダム化する仕組みによって、サーバ５０へのアクセスが集中するのを防止することが可能となる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態に係る通信端末について説明する。

図５は、第３実施形態に係る通信端末１０Ａの構成を示すブロック図である。第３実施形態に係る通信端末１０Ａは、さらに計測部１８を備える点が第１実施形態と異なり、他の構成要素は同一の構成を有する。計測部１８は、メッセージを送信してから応答信号が返信されるまでの往復遅延時間（以下、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）と総称する）を計測する機能を有する。第３実施形態に係る通信端末１０Ａは、サーバ５０からの応答が返ってこなかった場合に再送する機能を有しており、計測されたラウンドトリップタイムの測定結果を考慮し、サーバ５０からの応答なしの判断をするタイマー値を調整することで、無駄な再送を減らすことを可能とする。

（第３の動作）
図６は、第３実施形態に係る通信端末１０Ａにおいて、第３の動作を説明するフローチャートである。
前提として、送信時刻管理部１５には、予め、応答なしの判断をするタイマー値（ＴＳ）が設定されている（Ｓ３１０）。

計測部１８は、通信端末１０Ａがサーバ５０にメッセージを送信してから、応答信号が返信されるまでのラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）を計測する（Ｓ３２０）。

そして、送信時刻管理部１５は、計測されるラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）が、タイマー値（ＴＳ）以上であるか否かを判断する（Ｓ３３０）。送信時刻管理部１５は、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）が、タイマー値（ＴＳ）未満（ＲＴＴ＜ＴＳ）である場合（Ｓ３３０／ＮＯ）、メッセージを再送することなく処理を終了する。一方、送信時刻管理部１５は、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）が、タイマー値（ＴＳ）以上（ＲＴＴ≧ＴＳ）である場合（Ｓ３３０／ＹＥＳ）は、Ｓ３１０に戻って、無駄な再送を減らすべく、応答なしの判断をするタイマー値（ＴＳ）を再設定（例えば、今回検出されたラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）以上の値に再設定）する。なお、ステップＳ３１０に戻った後の動作については、上記と同様であるため説明を割愛する。

第３実施形態に係る通信端末１０Ａは、基本的に第１及び第２実施形態と同様の作用効果を発揮する。特に、第３実施形態に係る通信端末１０Ａは、メッセージを送信してから応答信号が返信されるまでのラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）を計測する計測部１８をさらに備え、送信時刻管理部１５が、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）の計測結果を考慮して、応答なしの判断をするタイマー値（すなわち、再送に係るタイマー値）（ＴＳ）を調整する。これにより、通信端末１０Ａとサーバ５０と間の通信成功率を低下させることなく、かつ、無駄なトラフィック(再送)を抑制することができるという有利な効果を奏する。
なお、設定（または再設定）するタイマー値（ＴＳ）については、システム運用などを考慮し、上限値を設けてもよい。また、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）がタイマー値（ＴＳ）以上であることを、連続して複数回検出した場合にはじめて、タイマー値を再設定するようにしてもよい。

＜応用＞
上記例では、通信端末１０Ａ側で再送に係るタイマー値を適正化する場合について説明したが、サーバ５０側でも同様な制御を実施することができる。なお、サーバ５０側の場合の動作等については、上述した通信端末１０Ａをサーバ５０に置き換えることで、同様に説明することができるため、これ以上の説明は割愛する。
かかる構成によれば、サーバ５０から通信端末１０Ａへメッセージを送信し、サーバ５０側で応答を待つような場合にも、サーバ５０から通信端末１０Ａへの無駄なトラフィック(再送)を抑制することができるという有利な効果を奏する。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１０，１０Ａ…通信端末、３０…マクロセル基地局、５０…サーバ、１００…移動体通信システム

Claims (2)

1. 省電力型広域無線ネットワークに準拠した通信端末であって、
   所定のメッセージをサーバ宛てに送信する送信部と、
   前記メッセージの送信時刻を管理する送信時刻管理部と、
   前記メッセージを送信してから応答信号が返信されるまでの往復遅延時間を計測する計測部と、を備え、
   前記送信時刻管理部は、前記応答信号が返信されずに所定のタイマー値以上の時間が経過した場合に前記メッセージを再送するものであり、前記往復遅延時間が前記タイマー値以上であることを連続して複数回検出した場合に当該タイマー値を再設定する、
   通信端末。
2. 省電力型広域無線ネットワークに準拠したコンピュータによって実行されるプログラムであって、
   前記コンピュータに、
   所定のメッセージをサーバ宛てに送信する機能と、
   前記メッセージを送信してから応答信号が返信されるまでの往復遅延時間を計測する機能と、
   前記応答信号が返信されずに所定のタイマー値以上の時間が経過した場合に前記メッセージを再送する機能と、
   前記往復遅延時間が前記タイマー値以上であることを連続して複数回検出した場合に当該タイマー値を再設定する機能と、
   を実行させるためのプログラム。

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