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JP7366790B2 - Communication status prediction device, communication status prediction method, and program - Google Patents
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JP7366790B2 - Communication status prediction device, communication status prediction method, and program - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 令和1年12月20日に、IEEE‐INTERNATIONAL CONFERENCE ON IOT EMBEDDED SYSTEMS AND COMMUNICATIONS(IINTEC)2019 IINTEC’19 1570604245にて公表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act On December 20, 2020, IEEE-INTERNATIONAL CONFERENCE ON IOT EMBEDDED SYSTEMS AND COMMUNICATIONS (IINTEC) 2019 IINTEC'19 1570 Published at 604245

本発明は、無線通信の通信状況、通信状態の予測処理の技術に関する。 The present invention relates to communication status of wireless communication and technology for prediction processing of the communication state.

工場等の狭空間では工作機械・製品・作業員等の移動に伴う伝搬環境の変化や、複数の無線アプリケーション間の干渉等により想定外の通信品質(QoS:Quality of Service)低下が発生し、生産性が低下してしまう。 In small spaces such as factories, unexpected communication quality (QoS: Quality of Service) deterioration occurs due to changes in the propagation environment due to the movement of machine tools, products, workers, etc., and interference between multiple wireless applications. Productivity will decrease.

そのため、QoSの極端な劣化(通信障害)が発生する前に回避行動をとることが必要となり、その実現には通信障害発生の予測が必要となる。通信障害の予測により,例えば以下のような対策を講じることで、生産性の低下を未然に防止できる。
(1)ある無線端末の通信リンクにおいて通信障害の予兆が検知された場合に、同じ無線チャネルを利用している他無線端末の停止や利用帯域の変更を行うことにより伝送スループットの低下を未然に防止する。
(2)ある通信リンクで通信障害の予兆が検知された場合に、干渉の原因となっている端末の帯域制限を自動的に行い、伝送スループットの低下や大きなレイテンシの発生等を未然に防止する。
Therefore, it is necessary to take avoidance action before extreme deterioration of QoS (communication failure) occurs, and to achieve this, it is necessary to predict the occurrence of communication failure. By predicting communication failures, it is possible to prevent a decline in productivity by taking the following measures, for example.
(1) When a sign of a communication failure is detected in the communication link of a certain wireless terminal, the reduction in transmission throughput can be prevented by stopping other wireless terminals using the same wireless channel or changing the usage band. To prevent.
(2) When a sign of a communication failure is detected on a certain communication link, the band of the terminal causing the interference is automatically limited to prevent a drop in transmission throughput or the occurrence of large latency. .

例えば、特許文献1、2には、過去の情報に基づいて、将来時刻の通信品質の予測を行う技術の開示がある。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for predicting communication quality at a future time based on past information.

特開2016-91271号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-91271 特開2017-5473号公報JP 2017-5473 Publication

特許文献1、2の技術を通信障害の予兆検知に用いる場合、予測値が所要QoS値を満たすか否かの2択の判定を行う、あるいは、所要QoS値と予測値との類似度合い(例えば、所要QoS値と予測値とのユークリッド距離)により通信障害の危険性を定量化し判定する等の方法が考えられる。このように過去情報に基づいた予測を行う場合、必然的に頻出の入力パターンについては精度良く予測できるが、稀な入力パターン、あるいは、未学習の入力パターンについては予測精度が劣化する。このため、上記のような技術を用いた場合、通信障害の不検出・誤検出を招くことになり問題となる。 When using the techniques of Patent Documents 1 and 2 to detect signs of communication failure, a two-choice determination is made as to whether or not the predicted value satisfies the required QoS value, or the degree of similarity between the required QoS value and the predicted value (e.g. , the Euclidean distance between the required QoS value and the predicted value) to quantify and determine the risk of communication failure. When making predictions based on past information in this way, it is inevitable that frequent input patterns can be predicted with high accuracy, but the prediction accuracy deteriorates for rare input patterns or unlearned input patterns. For this reason, when the above-mentioned technique is used, a problem arises in that communication failures may be undetected or erroneously detected.

そこで、本発明は上記課題に鑑み、稀な入力パターン、あるいは、未学習の入力パターンが発生した場合であっても、高精度な通信障害の予測処理を実行する通信状況予測装置、通信状況予測方法、および、プログラムを実現することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a communication status prediction device and communication status prediction device that performs highly accurate communication failure prediction processing even when a rare input pattern or an unlearned input pattern occurs. The purpose is to realize a method and a program.

上記課題を解決するために、第1の発明は、学習用データ生成処理部と、学習部と、記憶部と、予測値取得部と、予測誤差分布取得部と、リスク値取得部と、を備える通信状況予測装置である。 In order to solve the above problems, a first invention includes a learning data generation processing section, a learning section, a storage section, a predicted value acquisition section, a prediction error distribution acquisition section, and a risk value acquisition section. This is a communication status prediction device equipped with a communication status prediction device.

学習用データ生成処理部は、通信品質データの時系列パターンの異常度を取得し、取得した当該異常度に応じて、学習処理の対象から除外するデータである除外データを特定し、通信品質データの時系列パターンから、当該除外データを除外したデータを学習処理対象データとして取得する。 The learning data generation processing unit acquires the degree of abnormality of the time-series pattern of the communication quality data, identifies excluded data that is data to be excluded from the learning process according to the acquired degree of abnormality, and generates the communication quality data. Data obtained by excluding the excluded data from the time-series pattern is obtained as data to be subjected to learning processing.

学習部は、学習用データ生成処理部により取得された学習処理対象データを用いて学習処理を行う。そして、学習部は、通信品質データの時系列パターンの発生パターンと、当該時系列パターンが発生した後の将来時刻の通信品質データとを用いて学習処理を実行する。 The learning section performs learning processing using the learning processing target data acquired by the learning data generation processing section. The learning unit then executes a learning process using the generation pattern of the time-series pattern of communication quality data and the communication quality data at a future time after the time-series pattern occurs.

記憶部は、学習部により取得された通信品質データの時系列パターンの発生パターンを含むレアリティ算出用データセットと、当該時系列パターンが発生した後の所定の時刻後である将来時刻の通信品質データを含むラベルデータセットとを含む学習済みデータを記憶する。 The storage unit stores a rarity calculation data set that includes occurrence patterns of time-series patterns of the communication quality data acquired by the learning unit, and communication quality data at a future time that is a predetermined time after the occurrence of the time-series patterns. Store trained data including a label data set including

予測値取得部は、学習済みデータに基づいて、現時刻において入力されている通信品質データの時系列パターンから、所定の時刻後の通信品質データの予測値を取得する。 The predicted value acquisition unit acquires a predicted value of communication quality data after a predetermined time from a time-series pattern of communication quality data input at the current time based on learned data.

予測誤差分布取得部は、予測値取得部により取得された通信品質データの予測値と、当該予測値の真値との差である予測誤差値の分布である予測誤差分布を取得する。 The prediction error distribution acquisition unit acquires a prediction error distribution that is a distribution of prediction error values that are the difference between the predicted value of the communication quality data acquired by the predicted value acquisition unit and the true value of the predicted value.

リスク値取得部は、予測誤差分布および予測値に基づいて、将来時刻において通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得する。 The risk value acquisition unit acquires a risk value indicating the possibility that a communication failure will occur at a future time based on the prediction error distribution and the prediction value.

この通信状況予測装置では、予測誤差分布および予測値に基づいて、将来時刻において通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得するので、取得したリスク値に基づいて、将来時刻において通信障害が発生する可能性を適切に把握することができる。また、この通信状況予測装置では、上記のように処理することで、リスク値を連続値、あるいは、多値データとして取得できるため、従来技術のような通信障害の発生の有無を示す2値データによる判定処理に比べて、遙かに精度のよい予測処理を実現できる。 This communication status prediction device acquires a risk value indicating the possibility of a communication failure occurring at a future time based on the prediction error distribution and the predicted value. The possibility of occurrence can be appropriately grasped. In addition, with this communication status prediction device, by processing as described above, it is possible to obtain risk values as continuous values or multivalued data, so unlike the conventional technology, it is possible to obtain risk values as binary data indicating the presence or absence of a communication failure. It is possible to achieve a much more accurate prediction process than the determination process using .

さらに、この無線状況予測装置では、観測データ(例えば、QoS値)の異常パターンを異常度に基づいて検出し、検出した異常パターンを除外した学習用データを生成する。そして、この無線状況予測装置では、当該学習用データを用いて、学習処理を実行するので、適切な学習処理が実行され、適切なQoS値の誤差分布を取得できる。その結果、この無線状況予測装置100では、異常データを予測結果として出力されることを適切に回避することができる。 Furthermore, this radio situation prediction device detects abnormal patterns in observed data (for example, QoS values) based on the degree of abnormality, and generates learning data excluding the detected abnormal patterns. Since this radio situation prediction device executes learning processing using the learning data, appropriate learning processing is executed and an appropriate error distribution of QoS values can be obtained. As a result, this radio situation prediction device 100 can appropriately avoid outputting abnormal data as a prediction result.

第2の発明は、第1の発明であって、学習用データ生成処理部は、平均ベクトル取得用期間を設定し、所定数の通信品質データを含む単位区間を設定し、単位区間に含まれる通信品質データを時系列データa(i:自然数)としたとき、複数の時系列データaを要素とするベクトルv_aと、平均ベクトル取得用期間に含まれる時系列データの平均ベクトルv_aaveとを取得し、ベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの差分ベクトルのノルムを異常度として取得する。 A second invention is the first invention, in which the learning data generation processing unit sets an average vector acquisition period, sets a unit section including a predetermined number of communication quality data, and sets a unit section including a predetermined number of communication quality data, When communication quality data is time series data a i (i: natural number), a vector v_a i whose elements are a plurality of time series data a i and an average vector v_a ave of time series data included in the average vector acquisition period. The norm of the difference vector between the vector v_a i and the average vector v_a ave is obtained as the degree of abnormality.

これにより、この通信状況予測装置では、ベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの差分ベクトルのノルムを異常度として取得することができる。 Thereby, this communication status prediction device can obtain the norm of the difference vector between the vector v_a i and the average vector v_a ave as the degree of abnormality.

第3の発明は、第1または第2の発明であって、学習用データ生成処理部は、異常度と、所定の閾値とを比較し、異常度が閾値よりも大きい場合、当該異常度に対応する通信品質データの時系列パターンを、除外データとして特定する。 A third invention is the first or second invention, in which the learning data generation processing unit compares the degree of abnormality with a predetermined threshold, and when the degree of abnormality is greater than the threshold, the degree of abnormality is A time-series pattern of corresponding communication quality data is identified as excluded data.

これにより、この通信状況予測装置では、異常度が所定の閾値よりも大きい時系列パターンを異常パターンと判定し、当該時系列パターンを除外した学習用データを取得することができる。 Thereby, in this communication status prediction device, it is possible to determine a time series pattern whose degree of abnormality is larger than a predetermined threshold value as an abnormal pattern, and to obtain learning data excluding the time series pattern.

第4の発明は、第1または第2の発明であって、学習用データ生成処理部は、平均ベクトル取得用期間を設定し、当該平均ベクトル取得用期間において取得された異常度についてソート処理を実行し、異常度の値の異常度合いが高い方から上位x%(x:実数)に含まれる異常度に対応する通信品質データの時系列パターンを、除外データとして特定する。 A fourth invention is the first or second invention, wherein the learning data generation processing unit sets an average vector acquisition period and performs a sorting process on the abnormality degrees acquired in the average vector acquisition period. The time-series pattern of the communication quality data corresponding to the abnormality degree included in the top x% (x: real number) from the highest abnormality degree value is specified as excluded data.

これにより、この通信状況予測装置では、異常度の値の異常度合いが高い方から上位x%(x:実数)に含まれる異常度に対応する通信品質データの時系列パターンを除外した学習用データを取得することができる。 As a result, this communication status prediction device uses learning data that excludes time-series patterns of communication quality data corresponding to abnormalities included in the top x% (x: real number) from the highest abnormality degree value. can be obtained.

なお、「上位x%」のxは、例えば、10以下の実数であることが好ましい。 Note that x in "Top x%" is preferably a real number of 10 or less, for example.

第5の発明は、学習用データ生成処理ステップと、学習ステップと、記憶ステップと、予測値取得ステップと、予測誤差分布取得ステップと、リスク値取得ステップと、を備える通信状況予測方法である。 A fifth invention is a communication status prediction method comprising a learning data generation processing step, a learning step, a storage step, a predicted value acquisition step, a prediction error distribution acquisition step, and a risk value acquisition step.

学習用データ生成処理ステップは、通信品質データの時系列パターンの異常度を取得し、取得した当該異常度に応じて、学習処理の対象から除外するデータである除外データを特定し、通信品質データの時系列パターンから、当該除外データを除外したデータを学習処理対象データとして取得する。 The learning data generation processing step acquires the degree of abnormality of the time-series pattern of the communication quality data, identifies excluded data that is data to be excluded from the learning process according to the acquired degree of abnormality, and generates the communication quality data. Data obtained by excluding the excluded data from the time-series pattern is obtained as data to be subjected to learning processing.

学習ステップは、学習用データ生成処理ステップにより取得された学習処理対象データを用いて学習処理を行う。そして、学習ステップは、通信品質データの時系列パターンの発生パターンと、当該時系列パターンが発生した後の将来時刻の通信品質データとを用いて学習処理を実行する。 In the learning step, learning processing is performed using the learning processing target data acquired in the learning data generation processing step. In the learning step, a learning process is executed using the generation pattern of the time-series pattern of communication quality data and the communication quality data at a future time after the time-series pattern occurs.

記憶ステップは、学習ステップにより取得された通信品質データの時系列パターンの発生パターンを含むレアリティ算出用データセットと、当該時系列パターンが発生した後の所定の時刻後である将来時刻の通信品質データを含むラベルデータセットとを含む学習済みデータを記憶する。 The storage step includes a rarity calculation data set that includes the generation pattern of the time series pattern of the communication quality data acquired in the learning step, and communication quality data at a future time that is a predetermined time after the occurrence of the time series pattern. Store trained data including a label data set including

予測値取得ステップは、学習済みデータに基づいて、現時刻において入力されている通信品質データの時系列パターンから、所定の時刻後の通信品質データの予測値を取得する。 The predicted value acquisition step acquires a predicted value of communication quality data after a predetermined time from a time-series pattern of communication quality data input at the current time based on learned data.

予測誤差分布取得ステップは、予測値取得ステップにより取得された通信品質データの予測値と、当該予測値の真値との差である予測誤差値の分布である予測誤差分布を取得する。 The prediction error distribution acquisition step acquires a prediction error distribution that is a distribution of prediction error values that are the difference between the predicted value of the communication quality data acquired in the predicted value acquisition step and the true value of the predicted value.

リスク値取得ステップは、予測誤差分布および予測値に基づいて、将来時刻において通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得する。 The risk value acquisition step acquires a risk value indicating the possibility that a communication failure will occur at a future time based on the prediction error distribution and the prediction value.

これにより、第1の発明と同様の効果を奏する通信状況予測方法を実現することができる。 Thereby, it is possible to realize a communication status prediction method that has the same effects as the first invention.

第6の発明は、第5の発明である通信状況予測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 A sixth invention is a program for causing a computer to execute the communication situation prediction method according to the fifth invention.

これにより、第1の発明と同様の効果を奏する通信状況予測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを実現することができる。 Thereby, it is possible to realize a program for causing a computer to execute a communication situation prediction method that has the same effects as the first invention.

本発明によれば、稀な入力パターン、あるいは、未学習の入力パターンが発生した場合であっても、高精度な通信障害の予測処理を実行する通信状況予測装置、通信状況予測方法、および、プログラムを実現することができる。 According to the present invention, there is provided a communication status prediction device and a communication status prediction method that perform highly accurate communication failure prediction processing even when a rare input pattern or an unlearned input pattern occurs. program can be realized.

第1実施形態に係る無線状況予測装置100(通信状況予測装置の一例)の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a radio situation prediction device 100 (an example of a communication situation prediction device) according to a first embodiment. 第1実施形態に係る無線状況予測装置100の学習用データ生成処理部1の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a learning data generation processing unit 1 of a radio situation prediction device 100 according to a first embodiment. 第1実施形態に係る無線状況予測装置100の予測判定処理部3の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a prediction determination processing section 3 of the radio situation prediction device 100 according to the first embodiment. 無線状況予測装置100で取得されるQoS値の時系列データ(一例)を示す図。FIG. 3 is a diagram showing time series data (an example) of QoS values acquired by the radio situation prediction device 100; 無線状況予測装置100で実行される平均ベクトル取得処理を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining average vector acquisition processing executed by the radio situation prediction device 100. 無線状況予測装置100で実行される異常度算出処理、学習用データ生成処理を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining an abnormality degree calculation process and a learning data generation process executed by the radio situation prediction device 100. 無線状況予測装置100の学習用データ生成処理部1で取得される学習用データD_train(一例)を示す図。3 is a diagram showing learning data D_train (an example) acquired by the learning data generation processing unit 1 of the radio situation prediction device 100. FIG. 無線状況予測装置100で取得されるQoS値の時系列データの観測データDin(一例)と、学習用データ生成処理部1で取得される学習用データD_train(一例)とを示す図。2 is a diagram showing observation data Din (an example) of time-series data of QoS values acquired by the radio situation prediction device 100 and learning data D_train (an example) acquired by the learning data generation processing unit 1. FIG. 無線状況予測装置100で取得されるQoS値の時系列データ(一例)を示す図。FIG. 3 is a diagram showing time series data (an example) of QoS values acquired by the radio situation prediction device 100; 無線状況予測装置100において、学習期間に実行される第1ステップの処理を説明するための図。FIG. 2 is a diagram for explaining a first step process executed during a learning period in the radio situation prediction device 100. FIG. 無線状況予測装置100において、学習期間に実行される第2ステップの処理を説明するための図。FIG. 7 is a diagram for explaining a second step process executed during a learning period in the radio situation prediction device 100. 無線状況予測装置100において、学習期間に実行される第3ステップの処理を説明するための図。FIG. 7 is a diagram for explaining a third step of processing executed during a learning period in the radio situation prediction device 100. 無線状況予測装置100において、予測処理実行期間に実行される予測処理を説明するための図。6 is a diagram for explaining a prediction process executed during a prediction process execution period in the radio situation prediction device 100. FIG. 予測処理(通信障害の予測実行処理)を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining prediction processing (communication failure prediction execution processing). CPUバス構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a CPU bus configuration.

[第1実施形態]
第1実施形態について、図面を参照しながら、以下、説明する。
<1.1:無線状況予測装置の構成>
図1は、第1実施形態に係る無線状況予測装置100(通信状況予測装置の一例)の概略構成図である。
[First embodiment]
The first embodiment will be described below with reference to the drawings.
<1.1: Configuration of radio situation prediction device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a radio situation prediction device 100 (an example of a communication situation prediction device) according to the first embodiment.

図2は、第1実施形態に係る無線状況予測装置100の学習用データ生成処理部1の概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the learning data generation processing unit 1 of the radio situation prediction device 100 according to the first embodiment.

図3は、第1実施形態に係る無線状況予測装置100の予測判定処理部3の概略構成図である。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the prediction determination processing section 3 of the radio situation prediction device 100 according to the first embodiment.

無線状況予測装置100は、図1に示すように、アンテナAnt1と、復調処理部Dm1と、観測データ取得部FE1と、制御部CPU1と、セレクタSEL0と、学習用データ生成処理部1と、学習部2と、学習済みデータ記憶部St1と、予測判定処理部3とを備える。 As shown in FIG. 1, the radio situation prediction device 100 includes an antenna Ant1, a demodulation processing unit Dm1, an observation data acquisition unit FE1, a control unit CPU1, a selector SEL0, a learning data generation processing unit 1, and a learning data generation processing unit 1. unit 2, a learned data storage unit St1, and a prediction determination processing unit 3.

アンテナAnt1は、外部からのRF信号(例えば、搬送帯域OFDM信号)を受信するためのアンテナである。アンテナAnt1は、受信したRF信号(例えば、搬送帯域OFDM信号)を信号RFinとして、復調処理部Dm1に出力する。なお、アンテナAnt1は、送信用アンテナとしても機能するアンテナ(送受信用アンテナ)であってもよい。 Antenna Ant1 is an antenna for receiving an external RF signal (for example, a carrier band OFDM signal). The antenna Ant1 outputs the received RF signal (for example, carrier band OFDM signal) to the demodulation processing unit Dm1 as a signal RFin. Note that the antenna Ant1 may be an antenna (transmission/reception antenna) that also functions as a transmission antenna.

復調処理部Dm1は、RF処理部Dm11と、BB処理部Dm12とを備える。 The demodulation processing section Dm1 includes an RF processing section Dm11 and a BB processing section Dm12.

RF処理部Dm11は、信号RFinに対して、RF復調処理を実行し、ベースバンド信号を取得する。 The RF processing unit Dm11 performs RF demodulation processing on the signal RFin and obtains a baseband signal.

BB処理部Dm12は、RF処理部Dm11により復調されたベースバンド信号に対して、ベースバンド復調処理を実行し、ベースバンド復調処理後の信号(データ)をデータD0として取得し、取得したデータD0を観測データ取得部FE1に出力する。 The BB processing unit Dm12 executes baseband demodulation processing on the baseband signal demodulated by the RF processing unit Dm11, obtains the signal (data) after the baseband demodulation processing as data D0, and obtains the obtained data D0. is output to the observation data acquisition unit FE1.

観測データ取得部FE1は、復調処理部Dm1から出力されるデータD0を入力し、当該データD0から、無線状況予測装置100が置かれている無線通信環境のQoSを示すデータであるQoS値を取得する。そして、観測データ取得部FE1は、取得したQoS値を含むデータをデータDin0として、学習用データ生成処理部1およびセレクタSEL0に出力する。 The observation data acquisition unit FE1 inputs the data D0 output from the demodulation processing unit Dm1, and acquires a QoS value, which is data indicating the QoS of the wireless communication environment in which the radio situation prediction device 100 is placed, from the data D0. do. Then, the observation data acquisition unit FE1 outputs the data including the acquired QoS value as data Din0 to the learning data generation processing unit 1 and the selector SEL0.

なお、QoS値は、スループット、(連続)パケットロス数、遅延量等の通信品質を示す指標値である。 Note that the QoS value is an index value indicating communication quality such as throughput, number of (continuous) packet losses, amount of delay, etc.

制御部CPU1は、無線状況予測装置100の各機能部を制御するための機能部である。制御部CPU1は、無線状況予測装置100の処理モード(例えば、(1)学習モード、(2)予測処理実行モード)を示すデータを含むモード信号Modeを学習用データ生成処理部1、学習部2、予測判定処理部3、および、セレクタSEL0に出力する。また、制御部CPU1は、制御信号ctl1を予測判定処理部3に出力する。 The control unit CPU1 is a functional unit for controlling each functional unit of the radio situation prediction device 100. The control unit CPU 1 transmits a mode signal Mode including data indicating the processing mode (for example, (1) learning mode, (2) prediction processing execution mode) of the radio situation prediction device 100 to the learning data generation processing unit 1 and the learning unit 2. , the prediction determination processing section 3, and the selector SEL0. Further, the control unit CPU1 outputs a control signal ctl1 to the prediction determination processing unit 3.

学習用データ生成処理部1は、図2に示すように、データ保持部11と、平均ベクトル取得部12と、異常度算出部13と、学習用データ生成部14とを備える。学習用データ生成処理部1は、制御部CPU1から出力されるモード信号を入力し、当該モード信号が学習モードを示す信号である場合、処理を実行する。 As shown in FIG. 2, the learning data generation processing section 1 includes a data holding section 11, an average vector acquisition section 12, an abnormality degree calculation section 13, and a learning data generation section 14. The learning data generation processing section 1 receives a mode signal output from the control section CPU1, and executes processing when the mode signal is a signal indicating a learning mode.

データ保持部11は、観測データ取得部FE1からのデータDin0を入力する。データ保持部11は、入力されたデータDin0を所定の期間、記憶保持する。データ保持部11は、データDin0の時系列データであって、平均ベクトルを算出する対象とするデータを、データD_ptnとして、平均ベクトル取得部12に出力する。時刻iのデータDin0をaと表記するとすると、データD_ptnは、例えば、Na個(Na:自然数)の連続する時系列データD_ptn={a,ai+1,・・・,ai+Na-1}として設定される。 The data holding unit 11 receives data Din0 from the observation data acquisition unit FE1. The data holding unit 11 stores and holds the input data Din0 for a predetermined period of time. The data holding unit 11 outputs time-series data of the data Din0, which is the data for which the average vector is calculated, to the average vector acquisition unit 12 as data D_ptn. If data Din0 at time i is expressed as a i , data D_ptn is, for example, Na (Na: natural number) continuous time series data D_ptn={a i , a i+1 , ..., a i+Na-1 } is set as

また、データ保持部11は、異常度算出処理の対象とする時系列データaの複数個からなる集合データv_aを、データD_ptn(v_a)として、異常度算出部13および学習用データ生成部14に出力する。なお、集合データv_aは、
v_a={a,aj+1,・・・,aj+Nb-1
Nb:異常度算出処理の対象とする時系列データaの個数
として設定される。
In addition, the data holding unit 11 uses the set data v_a j consisting of a plurality of pieces of time series data a i to be subjected to the abnormality degree calculation process as data D_ptn (v_a j ), and uses the data D_ptn (v_a j ) for the abnormality degree calculation unit 13 and the learning data generation. output to section 14. In addition, the set data v_a j is
v_a j ={a j , a j+1 ,..., a j+Nb-1 }
Nb: Set as the number of time series data a i to be subjected to the abnormality degree calculation process.

平均ベクトル取得部12は、データ保持部11から出力されるデータD_ptnを入力し、データD_ptnについての平均ベクトルを取得する(詳細については後述)。そして、平均ベクトル取得部12は、取得した平均ベクトルを、データv_aaveとして、異常度算出部13に出力する。 The average vector acquisition unit 12 receives the data D_ptn output from the data holding unit 11 and acquires an average vector for the data D_ptn (details will be described later). Then, the average vector acquisition unit 12 outputs the acquired average vector to the abnormality degree calculation unit 13 as data v_a ave .

異常度算出部13は、データ保持部11から出力されるデータD_ptn(v_a)と、平均ベクトル取得部12から出力されるデータv_aaveとを入力する。異常度算出部13は、データD_ptn(v_a)と、データv_aaveとを用いて、データv_aについての異常度を算出する(詳細については後述)。そして、異常度算出部13は、算出した、データv_aについての異常度を含むデータを、データdeg_abnml(v_a)として、学習用データ生成部14に出力する。 The abnormality degree calculation unit 13 receives data D_ptn(v_a j ) output from the data holding unit 11 and data v_a ave output from the average vector acquisition unit 12. The abnormality degree calculation unit 13 calculates the abnormality degree of the data v_a j using the data D_ptn(v_a j ) and the data v_a ave (details will be described later). Then, the abnormality degree calculation unit 13 outputs the calculated data including the abnormality degree for the data v_a j to the learning data generation unit 14 as data deg_abnml(v_a j ).

学習用データ生成部14は、データ保持部11から出力されるデータD_ptn(v_a)と、異常度算出部13から出力されるデータdeg_abnml(v_a)とを入力する。学習用データ生成部14は、データD_ptn(v_a)の異常度deg_abnml(v_a)に基づいて、データD_ptn(v_a)を学習用データに含めるか否かを判定する。そして、学習用データ生成部14は、データD_ptn(v_a)を学習用データに含めると判定されたデータのみを含むデータ(時系列データaの集合データ)を生成し、生成した当該データを学習用データD_trainとして、学習部2およびセレクタSEL0に出力する。 The learning data generation section 14 receives data D_ptn (v_a j ) output from the data holding section 11 and data deg_abnml (v_a j ) output from the abnormality degree calculation section 13 . The learning data generating unit 14 determines whether or not to include the data D_ptn(v_a j ) in the learning data based on the degree of abnormality deg_abnml(v_a j ) of the data D_ptn(v_a j ). Then, the learning data generation unit 14 generates data (collective data of time series data a i ) that includes only the data determined to include the data D_ptn (v_a j ) in the learning data, and uses the generated data. The data is output as learning data D_train to the learning section 2 and selector SEL0.

セレクタSEL0は、2入力1出力のセレクタであり、制御部CPU1から出力されるモード信号Modeに従い、2入力のうちのいずれかを選択して出力する。具体的には、モード信号Modeが学習モードを示す信号である場合、セレクタSEL0は、学習用データ生成処理部1から出力されるデータD_trainを選択し、データDinとして、予測判定処理部3に出力する。一方、モード信号Modeが予測処理実行モードを示す信号である場合、セレクタSEL0は、観測データ取得部FE1から出力されるデータDin0を選択し、データDinとして、予測判定処理部3に出力する。 The selector SEL0 is a selector with two inputs and one output, and selects and outputs one of the two inputs according to the mode signal Mode output from the control unit CPU1. Specifically, when the mode signal Mode is a signal indicating the learning mode, the selector SEL0 selects the data D_train output from the learning data generation processing section 1, and outputs it to the prediction determination processing section 3 as data Din. do. On the other hand, when the mode signal Mode is a signal indicating the prediction processing execution mode, the selector SEL0 selects the data Din0 output from the observation data acquisition section FE1, and outputs it to the prediction determination processing section 3 as data Din.

学習部2は、学習用データ生成部14から出力されるデータD_trainを入力する。学習部2は、データD_train、すなわち、QoS値の時系列データに対して、PNN(Probabilistic Neural Network)等によるパターンマッチング系予測処理を実行するための学習処理を実行し、学習済みデータを取得する。学習済みデータとして、例えば、(1)Rarity計算用データセット、(2)将来値予測用データセットを取得する(詳細については後述)。学習部2は、取得した学習済みデータをデータD_trainedとして、学習済みデータ記憶部St1に記憶する。 The learning unit 2 inputs data D_train output from the learning data generating unit 14. The learning unit 2 executes a learning process for executing a pattern matching prediction process using a PNN (Probabilistic Neural Network) or the like on the data D_train, that is, time series data of QoS values, and obtains learned data. . As learned data, for example, (1) a data set for Rarity calculation and (2) a data set for future value prediction are acquired (details will be described later). The learning unit 2 stores the acquired trained data as data D_trained in the trained data storage unit St1.

学習済みデータ記憶部St1は、学習部2から出力される学習済みデータを記憶する。また、学習済みデータ記憶部St1は、予測判定処理部3からの要求に従い、データを読み出し、読み出したデータ(例えば、データD_trained)を予測判定処理部3に出力する。 The learned data storage section St1 stores learned data output from the learning section 2. Further, the trained data storage section St1 reads data in accordance with a request from the prediction determination processing section 3, and outputs the read data (for example, data D_trained) to the prediction determination processing section 3.

予測判定処理部3は、図3に示すように、データ保持部31と、レアリティ取得部32と、予測値取得部33と、減算器34と、予測誤差分布取得部35と、リスク値取得部36とを備える。 As shown in FIG. 3, the prediction determination processing section 3 includes a data holding section 31, a rarity acquisition section 32, a predicted value acquisition section 33, a subtractor 34, a prediction error distribution acquisition section 35, and a risk value acquisition section. 36.

データ保持部31は、セレクタSEL0からのデータDinを入力する。データ保持部31は、入力されたデータDinを所定の期間、記憶保持する。データ保持部31は、データDinの時系列データをデータD1sとして、レアリティ取得部32および予測値取得部33に出力する。時刻iのデータDinをDと表記するとすると、データD1sは、例えば、3つの連続する時系列データD1s={D,Di+1,Di+2}として設定される。なお、時系列データD1sのデータ数は、3以外の任意の数であってもよい(k1個(k1:自然数)の連続する時系列データ(D1s={D,Di+1,・・・,Di+k1-1})であってもよい)。 The data holding unit 31 receives data Din from the selector SEL0. The data holding unit 31 stores and holds the input data Din for a predetermined period of time. The data holding unit 31 outputs the time series data of the data Din to the rarity acquisition unit 32 and the predicted value acquisition unit 33 as data D1s. If data Din at time i is expressed as D i , then data D1s is set as, for example, three consecutive time series data D1s={D i , D i+1 , D i+2 }. Note that the number of data of the time series data D1s may be any number other than 3 (k1 (k1: natural number) continuous time series data (D1s={D i , D i+1 , . . . D i+k1-1 }).

また、データ保持部31は、予測時刻を時刻i+k(k:自然数)とすると、時刻i+kの実際のデータDin(=Di+k)(真値)をデータD1_trueとして減算器34に出力する。 Furthermore, assuming that the predicted time is time i+k (k: natural number), the data holding unit 31 outputs actual data Din (=D i+k ) (true value) at time i+k to the subtracter 34 as data D1_true.

レアリティ取得部32は、図3に示すように、ノルム取得部321と、Rarity算出部322とを備える。 As shown in FIG. 3, the rarity acquisition unit 32 includes a norm acquisition unit 321 and a rarity calculation unit 322.

ノルム取得部321は、学習済みデータ記憶部St1から出力される学習済みデータD_trainedと、データ保持部31から出力されるデータD1sとを入力する。ノルム取得部321は、学習済みデータD_trainedとデータD1sとを用いて、ノルム(例えば、ユークリッド距離)の算出を行い、算出したノルムを含むデータをデータD_normとして、Rarity算出部322に出力する。なお、算出したノルムがn1個(n1:自然数)ある場合、データD_normは、n1個のノルム(d,d,・・・,dn1-1)を含む集合のデータとなる。このとき、データD_normを、
D_norm={d,d,・・・,dn1-1
と表記する。
The norm acquisition unit 321 receives the learned data D_trained outputted from the trained data storage unit St1 and the data D1s outputted from the data holding unit 31. The norm acquisition unit 321 calculates a norm (for example, Euclidean distance) using the learned data D_trained and the data D1s, and outputs data including the calculated norm to the Rarity calculation unit 322 as data D_norm. Note that when there are n1 calculated norms (n1: natural number), the data D_norm is data of a set including n1 norms (d 0 , d 1 , . . . , d n1-1 ). At this time, the data D_norm is
D_norm={d 0 , d 1 ,..., d n1-1 }
It is written as.

Rarity算出部322は、ノルム取得部321から出力されるデータD_normを入力し、データD_normから、時系列データD1sの出現の稀少度合いを示すレアリティ(Rarity)を算出する。そして、Rarity算出部322は、算出したレアリティを含むデータをデータD2として、予測誤差分布取得部35に出力する。 The Rarity calculation unit 322 inputs the data D_norm output from the norm acquisition unit 321, and calculates the rarity (Rarity) indicating the degree of rarity of appearance of the time series data D1s from the data D_norm. Then, the Rarity calculation unit 322 outputs data including the calculated rarity to the prediction error distribution acquisition unit 35 as data D2.

予測値取得部33は、学習済みデータ記憶部St1から出力される学習済みデータD_trainedと、データ保持部31から出力されるデータD1sとを入力する。予測値取得部33は、学習済みデータD_trainedとデータD1sとを用いて予測処理(例えば、PNNを用いた予測処理)を行い、将来の時刻の予測データの値をデータD_predictとして取得する。そして、予測値取得部33は、取得したデータD_predictを減算器34およびリスク値取得部36に出力する。 The predicted value acquisition unit 33 inputs the trained data D_trained outputted from the trained data storage unit St1 and the data D1s outputted from the data holding unit 31. The predicted value acquisition unit 33 performs a prediction process (for example, a prediction process using PNN) using the learned data D_trained and the data D1s, and acquires the value of the predicted data at a future time as data D_predict. Then, the predicted value acquisition unit 33 outputs the acquired data D_predict to the subtractor 34 and the risk value acquisition unit 36.

減算器34は、データ保持部31から出力されるデータD1_trueと、予測値取得部33から出力されるデータD_predictとを入力する。減算器34は、
D_prediction_error=D1_true―D_predict
に相当する処理(減算処理)を実行して、予測誤差データD_prediction_errorを取得する。そして、減算器34は、取得した予測誤差データD_prediction_errorを予測誤差分布取得部35に出力する。
The subtracter 34 inputs the data D1_true output from the data holding section 31 and the data D_predict output from the predicted value acquisition section 33. The subtractor 34 is
D_prediction_error=D1_true-D_predict
A process corresponding to (subtraction process) is executed to obtain prediction error data D_prediction_error. Then, the subtracter 34 outputs the acquired prediction error data D_prediction_error to the prediction error distribution acquisition unit 35.

予測誤差分布取得部35は、図3に示すように、セレクタSEL1と、Rarity分布取得部351と、クラス分類処理部352と、第1記憶部St2と、Rarityクラス分類部353と、予測誤差分布データ取得部354と、第2記憶部St3と、クラス判定部355とを備える。 As shown in FIG. 3, the prediction error distribution acquisition unit 35 includes a selector SEL1, a Rarity distribution acquisition unit 351, a class classification processing unit 352, a first storage unit St2, a Rarity class classification unit 353, and a prediction error distribution. It includes a data acquisition section 354, a second storage section St3, and a class determination section 355.

セレクタSEL1は、1入力3出力のセレクタであり、レアリティ取得部32のRarity算出部322から出力されるデータD2と、制御部CPU1から出力される制御信号ctl1とを入力とする。セレクタSEL1は、制御信号ctl1に従い、入力されたデータD2を、(1)Rarity分布取得部351、(2)Rarityクラス分類部353、および、(3)クラス判定部355のいずれかに出力する。
Rarity分布取得部351は、セレクタSEL1から出力されるデータD2を入力する。Rarity分布取得部351は、データD2から、Rarity分布を取得し、取得したRarity分布のデータをデータDist_Rarityとして、クラス分類処理部352に出力する。
The selector SEL1 is a 1-input, 3-output selector, and inputs the data D2 output from the rarity calculation unit 322 of the rarity acquisition unit 32 and the control signal ctl1 output from the control unit CPU1. Selector SEL1 outputs input data D2 to any one of (1) Rarity distribution acquisition section 351, (2) Rarity class classification section 353, and (3) class determination section 355 according to control signal ctl1.
The Rarity distribution acquisition unit 351 receives data D2 output from the selector SEL1. The Rarity distribution acquisition unit 351 acquires a Rarity distribution from the data D2, and outputs the acquired Rarity distribution data to the class classification processing unit 352 as data Dist_Rarity.

クラス分類処理部352は、Rarity分布取得部351から出力されるデータDist_Rarityを入力する。クラス分類処理部352は、データDist_Rarityに基づいて、クラス分類処理を実行し、クラス分類するための閾値の集合データThを取得し、取得した閾値の集合データThを第1記憶部St2に記憶する。 The class classification processing unit 352 inputs the data Dist_Rarity output from the rarity distribution acquisition unit 351. The class classification processing unit 352 executes the class classification process based on the data Dist_Rarity, acquires the set data Th of threshold values for classifying the class, and stores the acquired set data Th of the threshold values in the first storage unit St2. .

なお、クラス分類するために必要な閾値がn2個(n2:自然数)である場合、閾値の集合データThは、n2個の閾値(th,th,・・・,thn2-1)を含む集合のデータとなる。このとき、閾値の集合データThを、
Th={th,th,・・・,thn2-1
と表記する。
In addition, when the number of thresholds required for class classification is n2 (n2: natural number), the set data Th of thresholds is calculated by dividing n2 thresholds (th 0 , th 1 , ..., th n2-1 ). This is the data of the containing set. At this time, the threshold set data Th is
Th={th 0 , th 1 ,..., th n2-1 }
It is written as.

第1記憶部St2は、クラス分類処理部352から出力される閾値の集合データThを記憶する。また、第1記憶部St2は、Rarityクラス分類部353からのデータ読み出し要求に従い、データを読み出し、当該データをRarityクラス分類部353に出力する。また、第1記憶部St2は、クラス判定部355からのデータ読み出し要求に従い、データを読み出し、当該データをクラス判定部355に出力する。 The first storage unit St2 stores the threshold set data Th output from the class classification processing unit 352. Further, the first storage unit St2 reads data in accordance with a data read request from the Rarity class classification unit 353, and outputs the data to the Rarity class classification unit 353. Further, the first storage unit St2 reads data in accordance with a data read request from the class determination unit 355, and outputs the data to the class determination unit 355.

Rarityクラス分類部353は、セレクタSEL1から出力されるデータD2と、第1記憶部St2から出力される閾値の集合データThとを入力する。Rarityクラス分類部353は、閾値の集合データThに基づいて、データD2をクラス分類し、データD2が振り分けられたクラスの番号jを含むデータをデータD3として、予測誤差分布データ取得部354に出力する。 The Rarity class classification unit 353 receives the data D2 output from the selector SEL1 and the threshold set data Th output from the first storage unit St2. The Rarity class classification unit 353 classifies the data D2 based on the threshold set data Th, and outputs data including the number j of the class to which the data D2 is assigned as data D3 to the prediction error distribution data acquisition unit 354. do.

予測誤差分布データ取得部354は、減算器34から出力されるデータD_prediction_errorと、Rarityクラス分類部353から出力されるデータD3とを入力する。予測誤差分布データ取得部354は、データD3に基づいて、データD_prediction_errorをクラスに振り分け、振り分けられたクラスごとに、データD_prediction_errorの発生頻度分布を取得することで、予測誤差分布データを取得する。そして、予測誤差分布データ取得部354は、取得した予測誤差分布データErr_distを含むデータをデータD4として、第2記憶部St3に記憶する。なお、クラス番号jのクラスに分類される予測誤差の予測誤差分布データをErr_distと表記する。 The prediction error distribution data acquisition unit 354 inputs the data D_prediction_error output from the subtracter 34 and the data D3 output from the Rarity class classification unit 353. The prediction error distribution data acquisition unit 354 acquires prediction error distribution data by sorting the data D_prediction_error into classes based on the data D3 and acquiring the occurrence frequency distribution of the data D_prediction_error for each sorted class. Then, the prediction error distribution data acquisition unit 354 stores data including the acquired prediction error distribution data Err_dist j as data D4 in the second storage unit St3. Note that prediction error distribution data of prediction errors classified into the class of class number j is expressed as Err_dist j .

第2記憶部St3は、予測誤差分布データ取得部354から出力されるデータD4(=Err_dist)を記憶する。また、第2記憶部St3は、リスク値取得部36からのデータ読み出し要求に従い、データを読み出し、当該データをリスク値取得部36に出力する。 The second storage unit St3 stores data D4 (=Err_dist j ) output from the prediction error distribution data acquisition unit 354. Further, the second storage unit St3 reads data in accordance with a data read request from the risk value acquisition unit 36, and outputs the data to the risk value acquisition unit 36.

クラス判定部355は、セレクタSEL1から出力されるデータD2と、第1記憶部St2から出力される閾値の集合データThとを入力する。クラス判定部355は、閾値の集合データThに基づいてデータD2をクラス分類し、データD2が振り分けられたクラス(例えば、クラス番号がjのクラス)を特定する情報であるクラス番号j(=class(r)、class(x)は、xのクラス番号を取得する関数)を含むデータをリスク値取得部36に出力する。 The class determination unit 355 receives data D2 output from the selector SEL1 and threshold set data Th output from the first storage unit St2. The class determination unit 355 classifies the data D2 based on the threshold set data Th, and classifies the class number j (=class (r i ), class (x) is a function for acquiring the class number of x) is output to the risk value acquisition unit 36.

リスク値取得部36は、予測値取得部33から出力されるデータD_predictと、クラス判定部355から出力されるクラス番号jと、第2記憶部St3から出力されるデータD4(=Err_dist)と、通信品質データの要求基準値を示すデータQoS_reqと、制御部CPU1から出力されるモード信号Modeとを入力する。リスク値取得部36は、モード信号Modeが「予測処理実行モード」を示す信号である場合、予測誤差分布データD4(=Err_dist)に基づいて、データD_predictの真値が取得される時刻(将来時刻)において、通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得する。そして、リスク値取得部36は、取得したリスク値を含むデータをデータDoutとして出力する。 The risk value acquisition unit 36 receives the data D_predict output from the predicted value acquisition unit 33, the class number j output from the class determination unit 355, and the data D4 (=Err_dist j ) output from the second storage unit St3. , data QoS_req indicating a required reference value of communication quality data, and a mode signal Mode output from the control unit CPU1 are input. When the mode signal Mode is a signal indicating "prediction processing execution mode", the risk value acquisition unit 36 determines the time (in the future) at which the true value of the data D_predict will be acquired based on the prediction error distribution data D4 (=Err_dist j ). obtain a risk value indicating the possibility of a communication failure occurring at the specified time). Then, the risk value acquisition unit 36 outputs data including the acquired risk value as data Dout.

なお、通信品質データの要求基準値を示すデータQoS_reqは、無線状況予測装置100内において予め設定されているデータ(例えば、無線状況予測装置100内の記憶部(不図示)に予め設定され記憶保持されるデータ)であってもよいし、無線状況予測装置100外部から設定されるデータであってもよい。 Note that the data QoS_req indicating the request standard value of communication quality data is data that is preset in the radio situation prediction device 100 (for example, data that is preset in a storage unit (not shown) in the radio situation prediction device 100 and stored and held). data) or data set from outside the radio situation prediction device 100.

<1.2:無線状況予測装置の動作>
以上のように構成された無線状況予測装置100の動作について、以下、説明する。
<1.2: Operation of radio situation prediction device>
The operation of the radio situation prediction device 100 configured as above will be described below.

図4は、無線状況予測装置100で取得されるQoS値の時系列データの観測データDin(一例)を示す図である。図4のグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸はQoS値である。 FIG. 4 is a diagram illustrating observation data Din (an example) of time-series data of QoS values acquired by the radio situation prediction device 100. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis is time, and the vertical axis is QoS value.

図5は、無線状況予測装置100で実行される平均ベクトル取得処理を説明するための図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the average vector acquisition process executed by the radio situation prediction device 100.

図6は、無線状況予測装置100で実行される異常度算出処理、学習用データ生成処理を説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining the abnormality degree calculation process and the learning data generation process executed by the radio situation prediction device 100.

図7は、無線状況予測装置100の学習用データ生成処理部1で取得される学習用データD_train(一例)を示す図である。図4のグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸はQoS値である。 FIG. 7 is a diagram showing learning data D_train (an example) acquired by the learning data generation processing unit 1 of the radio situation prediction device 100. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis is time, and the vertical axis is QoS value.

図8は、無線状況予測装置100で取得されるQoS値の時系列データの観測データDin(一例)と、学習用データ生成処理部1で取得される学習用データD_train(一例)とを示す図である。図8のグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸はQoS値である。 FIG. 8 is a diagram showing observation data Din (an example) of time-series data of QoS values acquired by the radio situation prediction device 100 and learning data D_train (an example) acquired by the learning data generation processing unit 1. It is. In the graph of FIG. 8, the horizontal axis is time, and the vertical axis is QoS value.

図9は、無線状況予測装置100で取得されるQoS値の時系列データ(一例)を示す図である。図9のグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸はQoS値である。 FIG. 9 is a diagram showing time-series data (an example) of QoS values acquired by the radio situation prediction device 100. In the graph of FIG. 9, the horizontal axis is time and the vertical axis is QoS value.

図10は、無線状況予測装置100において、学習期間に実行される第1ステップの処理を説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining the first step process executed during the learning period in the radio situation prediction device 100.

図11は、無線状況予測装置100において、学習期間に実行される第2ステップの処理を説明するための図である。 FIG. 11 is a diagram for explaining the second step process executed during the learning period in the radio situation prediction device 100.

図12は、無線状況予測装置100において、学習期間に実行される第3ステップの処理を説明するための図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining the third step process executed during the learning period in the radio situation prediction device 100.

図13は、無線状況予測装置100において、予測処理実行期間に実行される予測処理を説明するための図である。 FIG. 13 is a diagram for explaining the prediction process executed in the prediction process execution period in the radio situation prediction device 100.

(1.2.1:学習用データ生成処理)
まず、学習用データ生成処理について説明する。
(1.2.1: Learning data generation process)
First, the learning data generation process will be explained.

無線状況予測装置100の復調処理部Dm1は、アンテナAnt1を介して受信した無線信号に対して復調処理を実行し、RF復調信号、BB復調信号を取得する。観測データ取得部FE1は、復調処理部Dm1により取得された、RF復調信号、および/または、BB復調信号から、QoS値(スループット、(連続)パケットロス数、遅延量等の通信品質を示す指標値)を取得する。そして、観測データ取得部FE1は、取得したQoS値を含むデータをデータDin0として、学習用データ生成処理部1に出力する。 The demodulation processing unit Dm1 of the radio situation prediction device 100 performs demodulation processing on the radio signal received via the antenna Ant1, and obtains an RF demodulated signal and a BB demodulated signal. The observation data acquisition unit FE1 extracts QoS values (indicators indicating communication quality such as throughput, number of (continuous) packet losses, amount of delay, etc.) from the RF demodulated signal and/or the BB demodulated signal acquired by the demodulation processing unit Dm1. value). Then, the observation data acquisition unit FE1 outputs data including the acquired QoS value to the learning data generation processing unit 1 as data Din0.

制御部CPU1は、モード信号Modeを「学習モード」を示す信号値に設定し、学習用データ生成処理部1に出力する。 The control unit CPU1 sets the mode signal Mode to a signal value indicating “learning mode” and outputs it to the learning data generation processing unit 1.

学習用データ生成処理部1のデータ保持部11は、観測データ取得部FE1からのデータDin0を入力する。データ保持部11は、入力されたデータDin0を所定の期間、記憶保持する。データ保持部11は、データDin0の時系列データであって、平均ベクトルを算出する対象とするデータを、データD_ptn(={a,ai+1,・・・,ai+Na-1})として、平均ベクトル取得部12に出力する。
また、データ保持部11は、異常度算出処理の対象とする時系列データaの複数個からなる集合データv_aを、データD_ptn(v_a)として、異常度算出部13および学習用データ生成部14に出力する。なお、集合データv_aは、
v_a={a,aj+1,・・・,aj+Nb-1
Nb:異常度算出処理の対象とする時系列データaの個数
として設定される。
The data holding unit 11 of the learning data generation processing unit 1 receives data Din0 from the observation data acquisition unit FE1. The data holding unit 11 stores and holds the input data Din0 for a predetermined period of time. The data holding unit 11 sets the time-series data of the data Din0, which is the data for which the average vector is calculated, as data D_ptn (={a i , a i+1 , ..., a i+Na-1 }), It is output to the average vector acquisition section 12.
In addition, the data holding unit 11 uses the set data v_a j consisting of a plurality of pieces of time series data a i to be subjected to the abnormality degree calculation process as data D_ptn (v_a j ), and uses the data D_ptn (v_a j ) for the abnormality degree calculation unit 13 and the learning data generation. output to section 14. In addition, the set data v_a j is
v_a j ={a j , a j+1 ,..., a j+Nb-1 }
Nb: Set as the number of time series data a i to be subjected to the abnormality degree calculation process.

平均ベクトル取得部12は、データ保持部11から出力されるデータD_ptnを入力し、データD_ptnについての平均ベクトルを取得する。具体的には、平均ベクトル取得部12は、以下のように処理を実行し、データD_ptnについての平均ベクトルを取得する。
(1)時系列の観測値系列(QoS値の時系列データ)を、時刻i(図5の場合の時刻t0に相当)からk1個(図5の場合、k1=3)取得し、k1個のQoS値を要素とするベクトルv_aを取得する。なお、説明便宜のため、以下では、k1=3として説明するが、k1は、「3」に限定されることはなく、他の自然数であってもよい。
The average vector acquisition unit 12 receives the data D_ptn output from the data holding unit 11 and acquires an average vector for the data D_ptn. Specifically, the average vector acquisition unit 12 executes the process as follows and acquires the average vector for the data D_ptn.
(1) Obtain k1 time series observation value series (time series data of QoS values) from time i (corresponding to time t0 in Figure 5) (k1 = 3 in Figure 5), and A vector v_a i whose elements are the QoS values of is obtained. Note that for convenience of explanation, the following explanation will be based on the assumption that k1=3, but k1 is not limited to "3" and may be any other natural number.

k1=3の場合、
v_a=(a,ai+1,ai+2
である。平均ベクトル取得部12は、例えば、図4、5の期間Prd1(時刻t0~t1の期間)を、平均ベクトルを取得するための期間に設定し、期間Prd1において、時系列の観測値系列(QoS値の時系列データ)を、{a,a,・・・,aNa-1,aNa,aNa+1}とすると、平均ベクトル算出用のベクトルv_a~v_aNa-1は、図5に示すように、
v_a=(a,a,a
v_a=(a,a,a
v_a=(a,a,a
・・・
v_aNa-1=(aNa-1,aNa,aNa+1
となる。
If k1=3,
v_a i =(a i , a i+1 , a i+2 )
It is. For example, the average vector acquisition unit 12 sets the period Prd1 (period from time t0 to t1) in FIGS. When the time series data of values) are {a 0 , a 1 , ..., a Na-1 , a Na , a Na+1 }, the vectors v_a 0 to v_a Na-1 for calculating the average vector are shown in FIG. As shown in
v_a 0 = (a 0 , a 1 , a 2 )
v_a 1 = (a 1 , a 2 , a 3 )
v_a 2 = (a 2 , a 3 , a 4 )
...
v_a Na-1 = (a Na-1 , a Na , a Na+1 )
becomes.

そして、平均ベクトル取得部12は、平均ベクトル算出用のベクトルv_a~v_aNa-1を平均化する処理、すなわち、下記数式に相当する処理を実行することにより、平均ベクトルv_aaveを取得する。

Figure 0007366790000001

|V|:集合Vの位数(要素数)
なお、集合Vは、QoS値の時系列データa添え字iについての集合であり、図5の場合、集合V={0,1,・・・,Na-1}(iのとり得る数の集合)であり、その要素数は、Naである。 Then, the average vector acquisition unit 12 acquires the average vector v_a ave by averaging the vectors v_a 0 to v_a Na−1 for calculating the average vector, that is, by executing the process corresponding to the following formula.
Figure 0007366790000001

|V|: Order of set V (number of elements)
The set V is a set of QoS value time series data a i subscript i, and in the case of FIG. ), and the number of elements thereof is Na.

平均ベクトル取得部12は、上記処理により取得した平均ベクトルv_aaveを、異常度算出部13に出力する。 The average vector acquisition unit 12 outputs the average vector v_a ave acquired through the above process to the abnormality degree calculation unit 13.

異常度算出部13は、データ保持部11から出力されるデータD_ptn(v_a)と、平均ベクトル取得部12から出力されるデータv_aaveとを入力する。異常度算出部13は、データD_ptn(v_a)と、データv_aaveとを用いて、データv_aについての異常度を算出する。具体的には、異常度算出部13は、ベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの差のノルム(ベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの間のユークリッド距離)sを算出する。つまり、異常度算出部13は、
=Norm(v_a-V_aave
Norm(x):ベクトルxのノルムを取得する関数
に相当する処理により、ベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの差のノルム(ベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの間のユークリッド距離)sを算出する。
The abnormality degree calculation unit 13 receives data D_ptn(v_a j ) output from the data holding unit 11 and data v_a ave output from the average vector acquisition unit 12. The abnormality degree calculating unit 13 calculates the abnormality degree of the data v_a j using the data D_ptn(v_a j ) and the data v_a ave . Specifically, the abnormality degree calculation unit 13 calculates the norm of the difference between the vector v_a j and the average vector v_a ave (Euclidean distance between the vector v_a j and the average vector v_a ave ) s j . In other words, the abnormality degree calculation unit 13
s j = Norm(v_a j −V_a ave )
Norm(x): The norm of the difference between the vector v_a j and the average vector v_a ave (Euclidean distance between the vector v_a j and the average vector v_a ave ) s j by a process equivalent to a function that obtains the norm of the vector x. Calculate.

そして、異常度算出部13は、算出したベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの差のノルム(ベクトルv_aと平均ベクトルv_aaveとの間のユークリッド距離)sを、データv_aについての異常度とする。 Then, the abnormality degree calculation unit 13 calculates the norm of the difference between the calculated vector v_a j and the average vector v_a ave (Euclidean distance between the vector v_a j and the average vector v_a ave ) s j as an abnormality value for the data v_a j . degree.

そして、異常度算出部13は、算出した、データv_aについての異常度sを含むデータを、データdeg_abnml(v_a)として、学習用データ生成部14に出力する。 Then, the abnormality degree calculation unit 13 outputs data including the calculated abnormality degree s j for the data v_a j to the learning data generation unit 14 as data deg_abnml (v_a j ).

学習用データ生成部14は、データ保持部11から出力されるデータD_ptn(v_a)と、異常度算出部13から出力されるデータdeg_abnml(v_a)とを入力する。学習用データ生成部14は、データD_ptn(v_a)の異常度deg_abnml(v_a)に基づいて、データD_ptn(v_a)を学習用データに含めるか否かを判定する。具体的には、学習用データ生成部14は、データv_aについての異常度sと、所定の閾値Th0とを比較し、(1)s≦Th0である場合、データv_aを学習用データに含めると判定し、(2)s>Th0である場合、データv_aを学習用データに含めないと判定する。例えば、図6の場合、領域R0(下に凸のスパイク状の波形パターンとなっている観測値系列を含む領域)に含まれる観測値系列(QoSデータ値)の異常度sが閾値Th0よりも大きい。つまり、図6に示すように、
Norm(v_aj+1-v_aave)=sj+1>Th0
Norm(v_aj+2-v_aave)=sj+2>Th0
であり、上記以外のベクトルv_aについての異常度sは、閾値Th0未満である。したがって、学習用データ生成部14は、異常度sが閾値Th0よりも大きいベクトルv_aj+1、および、v_aj+2に対応する時系列データ{aj+1,aj+2,aj+3}、および、{aj+2,aj+3,aj+4}の和集合{aj+1,aj+2,aj+3,aj+4}の時系列データを、異常パターンであると判定し、当該時系列データ{aj+1,aj+2,aj+3,aj+4}を学習用データに含めない。そして、学習用データ生成部14は、異常パターンではないと判定した時系列データのみを学習用データに含める。
The learning data generation section 14 receives data D_ptn (v_a j ) output from the data holding section 11 and data deg_abnml (v_a j ) output from the abnormality degree calculation section 13 . The learning data generating unit 14 determines whether or not to include the data D_ptn(v_a j ) in the learning data based on the degree of abnormality deg_abnml(v_a j ) of the data D_ptn(v_a j ). Specifically, the learning data generation unit 14 compares the degree of abnormality s j for the data v_a j with a predetermined threshold Th0, and if (1) s j ≦Th0, the data v_a j is set as the learning data If it is determined that the data v_a j is included in the data, and (2) s j >Th0, it is determined that the data v_a j is not included in the learning data. For example, in the case of FIG. 6, the abnormality degree s j of the observed value series (QoS data values) included in the region R0 (the region containing the observed value series with a downwardly convex spike-like waveform pattern) is lower than the threshold Th0. It's also big. In other words, as shown in Figure 6,
Norm(v_a j+1 -v_a ave )=s j+1 >Th0
Norm(v_a j+2 -v_a ave )=s j+2 >Th0
The abnormality degree s i for the vector v_a i other than the above is less than the threshold Th0. Therefore, the learning data generation unit 14 generates the time series data {a j+1 , a j+2 , a j + 3 }, and {a j+2 , a j+ 3 , a j+ 4 } is determined to be an abnormal pattern, and the time series data {a j + 1 , a j+2 , a j+3 , a j+4 } are not included in the learning data. Then, the learning data generation unit 14 includes only the time series data determined not to be an abnormal pattern in the learning data.

つまり、学習用データ生成部14は、図6の期間Prd1の時系列データについて、時系列データ{aj+1,aj+2,aj+3,aj+4}を除いた時系列データを、学習用データとする。 In other words, the learning data generation unit 14 uses the time series data of period Prd1 in FIG. 6 excluding the time series data {a j+1 , a j+2 , a j+3 , a j+4 } as learning data. .

すなわち、学習用データ生成部14は、データD_ptn(v_a)を学習用データに含めると判定されたデータのみを含むデータ(時系列データaの集合データ)を生成し、生成した当該データを学習用データD_train(期間Prd1については、図7に示す時系列データ)として、学習部2に出力する。 That is, the learning data generation unit 14 generates data (collective data of time series data a i ) that includes only data determined to include data D_ptn(v_a j ) in the learning data, and uses the generated data to It is output to the learning unit 2 as learning data D_train (for period Prd1, time series data shown in FIG. 7).

学習用データ生成処理部1において、期間Prd2、Prd3についても、上記と同様の処理が実行され、学習用データD_trainが取得される。 In the learning data generation processing unit 1, the same process as described above is executed for the periods Prd2 and Prd3, and the learning data D_train is acquired.

例えば、図8の上図に示す学習用データ生成部14に入力されるデータDin0から、学習用データ生成処理部1により、上記処理が実行されることで、図8の下図に示す学習用データD_trainが取得される。図8から分かるように、下に凸のスパイク状の波形パターンとなっている領域のデータを削除したデータが、学習用データD_trainとなっている。 For example, the above process is executed by the learning data generation processing unit 1 from the data Din0 input to the learning data generation unit 14 shown in the upper diagram of FIG. 8, so that the learning data shown in the lower diagram of FIG. D_train is obtained. As can be seen from FIG. 8, the data obtained by deleting the data in the region having the downwardly convex spike-like waveform pattern is the learning data D_train.

このように、異常度の高いパターン(QoS値の時系列パターン)を除外したデータを学習用データとすることで、無線状況予測装置100において、適切な学習処理が実行され、適切なQoS値の誤差分布を取得できる。その結果、無線状況予測装置100では、異常データを予測結果として出力することを回避することができる。 In this way, by using data that excludes highly abnormal patterns (time-series patterns of QoS values) as learning data, the radio situation prediction device 100 can perform appropriate learning processing and obtain appropriate QoS values. Error distribution can be obtained. As a result, the radio situation prediction device 100 can avoid outputting abnormal data as a prediction result.

(1.2.2:学習処理)
次に、学習処理について説明する。学習処理は、(1)第1ステップの処理、(2)第2ステップ処理、および、(3)第3ステップの処理に分割されて実行される。
(1)第1ステップの処理では、QoS値の時系列データ(観測値系列)から、学習ベクトルとラベルの取得処理が実行される。
(2)第2ステップの処理では、Rarity分布に基づいて、クラス判定用の閾値を算出する。
(3)第3ステップの処理では、QoS値の予測誤差分布を算出するためのデータを取得する。
(1.2.2: Learning process)
Next, learning processing will be explained. The learning process is executed divided into (1) first step process, (2) second step process, and (3) third step process.
(1) In the first step, learning vector and label acquisition processing is performed from time-series data (observed value series) of QoS values.
(2) In the second step, a threshold for class determination is calculated based on the Rarity distribution.
(3) In the third step, data for calculating the prediction error distribution of QoS values is acquired.

以下、(1)第1ステップの処理、(2)第2ステップ処理、および、(3)第3ステップの処理に分けて説明する。 Hereinafter, the process will be explained separately into (1) first step processing, (2) second step processing, and (3) third step processing.

(1.2.2.1:第1ステップの処理)
第1ステップの処理において、無線状況予測装置100は、学習用データ生成処理部1により取得された学習用データD_train(QoS値の時系列データ(観測値系列)から異常パターンを除外して生成された学習用データ)から、学習ベクトルとラベルの取得処理を実行する。
制御部CPU1は、モード信号Modeを「学習モード」を示す信号値に設定し、学習部2に出力する。
(1.2.2.1: First step processing)
In the process of the first step, the radio situation prediction device 100 generates learning data D_train (QoS value time series data (observed value series) obtained by excluding abnormal patterns from the QoS value time series data (observed value series)). The learning vector and label acquisition process is executed from the training data (used for learning).
The control unit CPU1 sets the mode signal Mode to a signal value indicating “learning mode” and outputs it to the learning unit 2.

学習部2は、学習用データD_trainに対して、PNN(Probabilistic Neural Network)等によるパターンマッチング系予測処理を実行するための学習処理を実行し、学習済みデータを取得する。具体的には、学習部2は、以下の(1)~(3)のように処理する。
(1)学習用データD_train(QoS値の時系列データ)を、時刻i(図10の場合の時刻t0に相当)からk1個取得し、学習用ベクトルを取得する。また、当該学習用ベクトルに対応する将来値データ(正解データ)を時刻i+k2の観測値(QoS値)として、当該学習用ベクトルと対応付けるラベルに設定する。例えば、図10の場合、i=0、k1=3であり、QoS値の時系列データD1sは、
D1s={D,Di+1,Di+2
={a,ai+1,ai+2}={a,a,a
であり、上記のデータD1sを学習ベクトルとする。そして、図10の場合、k2=4であるので、当該学習ベクトルに対応付けるラベルを、時刻i+k2(=i+4)の観測値(QoS値)ai+4とする。なお、図10の場合の上記処理の対象データは、図10のウィンドウWin1の区間(時刻t0~twの区間)に含まれるデータである。
(2)次に、時刻(時間ステップ)を1つ進める。つまり、図10のウィンドウWin1の区間を1時間ステップ(1回のデータサンプリングに対応する時間)だけ、時間軸方向Dir1へずらし、ずらしたウィンドウWin1の区間を処理の対象データとする。
The learning unit 2 performs a learning process on the learning data D_train to perform a pattern matching prediction process using a PNN (Probabilistic Neural Network) or the like, and obtains learned data. Specifically, the learning unit 2 processes as shown in (1) to (3) below.
(1) Obtain k1 learning data D_train (time series data of QoS values) from time i (corresponding to time t0 in FIG. 10), and obtain a learning vector. Furthermore, the future value data (correct data) corresponding to the learning vector is set as the observed value (QoS value) at time i+k2 in the label associated with the learning vector. For example, in the case of FIG. 10, i=0, k1=3, and the time series data D1s of the QoS value is
D1s={D i , D i+1 , D i+2 }
={a i , a i+1 , a i+2 }={a 0 , a 1 , a 2 }
The above data D1s is used as a learning vector. In the case of FIG. 10, since k2=4, the label associated with the learning vector is set to the observed value (QoS value) a i+ 4 at time i+k2 (=i+4). Note that the target data for the above processing in the case of FIG. 10 is data included in the section of the window Win1 (the section from time t0 to tw) in FIG.
(2) Next, advance the time (time step) by one. That is, the section of the window Win1 in FIG. 10 is shifted by one time step (time corresponding to one data sampling) in the time axis direction Dir1, and the shifted section of the window Win1 is set as the data to be processed.

処理(1)と同様に、学習用データD_train(異常パターンを除いた時系列の観測値系列(QoS値の時系列データ))を、時刻i+1からk1個取得し、学習用ベクトルを取得する。また、当該学習用ベクトルに対応する将来値データ(正解データ)を時刻i+k2+1の観測値(QoS値)として、当該学習用ベクトルと対応付けるラベルに設定する。例えば、図10の場合、i=0、k1=3であり、QoS値の時系列データD1sは、
D1s={Di+1,Di+2,Di+3
={ai+1,ai+2,ai+3}={a,a,a
であり、上記のデータD1sを学習ベクトルとする。そして、図10の場合、k2=4であるので、当該学習ベクトルに対応付けるラベルを、時刻i+k2(=i+4)の観測値(QoS値)ai+4とする。
(3)学習部2は、上記(1)、(2)の処理を繰り返し実行する。
Similarly to process (1), k1 pieces of learning data D_train (time-series observed value series excluding abnormal patterns (time-series data of QoS values)) are acquired from time i+1, and learning vectors are acquired. Further, future value data (correct data) corresponding to the learning vector is set as an observed value (QoS value) at time i+k2+1 in a label associated with the learning vector. For example, in the case of FIG. 10, i=0, k1=3, and the time series data D1s of the QoS value is
D1s={D i+1 , D i+2 , D i+3 }
= {a i+1 , a i+2 , a i+3 }={a 1 , a 2 , a 3 }
The above data D1s is used as a learning vector. In the case of FIG. 10, since k2=4, the label associated with the learning vector is set to the observed value (QoS value) a i+ 4 at time i+k2 (=i+4).
(3) The learning unit 2 repeatedly executes the processes of (1) and (2) above.

時刻i+n1-1(n1:自然数)において、処理(1)と同様に、学習用データD_train(異常パターンを除いた時系列の観測値系列(QoS値の時系列データ))を、時刻i+n1-1からk1個取得し、学習用ベクトルを取得する。また、当該学習用ベクトルに対応する将来値データ(正解データ)を時刻i+n1-1+k2の観測値(QoS値)として、当該学習用ベクトルと対応付けるラベルに設定する。例えば、図10の場合、i=0、k1=3であり、QoS値の時系列データD1sは、
D1s={Di+n1-1,Di+n1,Di+n1+1
={ai+n1-1,ai+n1,ai+n1+1}={an1-1,an1,an1+1
であり、上記のデータD1sを学習ベクトルとする。そして、図10の場合、k2=4であるので、当該学習ベクトルに対応付けるラベルを、時刻i+n1-1+k2(=i+n1+3)の観測値(QoS値)an1+3とする。
At time i+n1-1 (n1: natural number), similarly to process (1), the learning data D_train (time-series observed value series excluding abnormal patterns (time-series data of QoS values)) is transferred to time i+n1-1. k1 pieces are obtained from , and a learning vector is obtained. Further, future value data (correct data) corresponding to the learning vector is set as an observed value (QoS value) at time i+n1-1+k2 in a label associated with the learning vector. For example, in the case of FIG. 10, i=0, k1=3, and the time series data D1s of the QoS value is
D1s={D i+n1-1 , D i+n1 , D i+n1+1 }
= {a i+n1-1 , a i+n1 , a i+n1+1 }={a n1-1 , a n1 , a n1+1 }
The above data D1s is used as a learning vector. In the case of FIG. 10, since k2=4, the label associated with the learning vector is set to the observed value (QoS value) a n1+3 at time i+n1-1+k2 (=i+n1+3).

学習部2は、上記により取得したデータから、将来値予測用データセットDset1、Rarity計算用データセットDset2、および、ラベル(正解データ)のデータセットDset_Labelを取得する。 The learning unit 2 obtains a future value prediction data set Dset1, a Rarity calculation data set Dset2, and a label (correct data) data set Dset_Label from the data obtained above.

なお、説明便宜のため、k1=3、k2=2、1つの学習ベクトルに対応するラベルデータの個数を1個として(図10に示した場合に相当)、以下説明する。また、k1、k2、1つの学習ベクトルに対応するラベルデータの個数は、上記の数に限定されない。 For convenience of explanation, the following description will be made assuming that k1=3, k2=2, and the number of label data corresponding to one learning vector is one (corresponding to the case shown in FIG. 10). Further, k1, k2, and the number of label data corresponding to one learning vector are not limited to the above numbers.

上記の場合(図10に示した場合に相当)における、将来値予測用データセットDset1、Rarity計算用データセットDset2、および、ラベル(正解データ)のデータセットDset_Labelは、行列により、以下のように表現できる。

Figure 0007366790000002

Figure 0007366790000003

Figure 0007366790000004

なお、上記のRarity計算用データセットDset2の行列において、各行ベクトルが、時刻iの学習ベクトルに対応する。 In the above case (corresponding to the case shown in FIG. 10), the future value prediction data set Dset1, the Rarity calculation data set Dset2, and the label (correct data) data set Dset_Label are expressed as follows using a matrix. I can express it.
Figure 0007366790000002

Figure 0007366790000003

Figure 0007366790000004

Note that in the matrix of the above-mentioned Rarity calculation data set Dset2, each row vector corresponds to a learning vector at time i.

学習部2は、上記のデータセットを用いて、例えば、PNNによる学習処理を実行し、学習済みモデル(例えば、PNNによる学習モデル)を取得する。なお、PNNによる処理としては、例えば、特願2017-232442号、特願2018-042747号に開示されている技術を用いてもよい。 The learning unit 2 uses the above data set to perform, for example, a learning process using PNN, and obtains a learned model (for example, a learning model using PNN). Note that as the processing using the PNN, for example, techniques disclosed in Japanese Patent Application No. 2017-232442 and Japanese Patent Application No. 2018-042747 may be used.

そして、学習部2は、上記のようにして取得したデータ((1)将来値予測用データセットDset1、(2)Rarity計算用データセットDset2、および、(3)ラベル(正解データ)のデータセットDset_Label)を、学習済みデータD_trainedとして、学習済みデータ記憶部St1に記憶する。 The learning unit 2 then uses the data acquired as described above ((1) future value prediction data set Dset1, (2) Rarity calculation data set Dset2, and (3) label (correct data) data set. Dset_Label) is stored in the trained data storage unit St1 as trained data D_trained.

(1.2.2.2:第2ステップの処理)
第2ステップの処理において、無線状況予測装置100は、学習用データD_train(異常パターンを除いたQoS値の時系列データ(観測値系列))から、Rarity分布を取得し、当該Rarity分布に基づいて、クラス判定用の閾値を算出する処理を実行する。
制御部CPU1は、モード信号Modeを「学習モード」を示す信号値に設定し、予測判定処理部3に出力する。また、制御部CPU1は、制御信号ctl1を「第2ステップの処理」を実行させるための信号値(セレクタSEL1の端子0が選択される信号値)に設定し、予測判定処理部3に出力する。
(1.2.2.2: Second step processing)
In the process of the second step, the radio situation prediction device 100 acquires a Rarity distribution from the learning data D_train (time series data (observed value series) of QoS values excluding abnormal patterns), and based on the Rarity distribution, , executes processing to calculate a threshold value for class determination.
The control unit CPU1 sets the mode signal Mode to a signal value indicating “learning mode” and outputs it to the prediction determination processing unit 3. Further, the control unit CPU1 sets the control signal ctl1 to a signal value for executing the “second step process” (a signal value at which terminal 0 of the selector SEL1 is selected), and outputs it to the prediction determination processing unit 3. .

データ保持部31は、セレクタSEL0からのデータDin(=D_train)を所定の期間、記憶保持する。データ保持部31は、データDin(=D_train)の時系列データをデータD1sとして、レアリティ取得部32および予測値取得部33に出力する。時刻iのデータDinをDと表記するとすると、データD1sは、例えば、3つの連続する時系列データD1s={D,Di+1,Di+2}として設定される。なお、説明便宜のため、図11に示すように、時刻t1以降のQoS値の観測値系列(学習用データD_trainに含まれる時系列データ)を、b,b,b,・・・とする。この場合、データ保持部31は、データD1s={b,b,b}をレアリティ取得部32に出力する。 The data holding unit 31 stores and holds the data Din (=D_train) from the selector SEL0 for a predetermined period. The data holding unit 31 outputs the time series data of the data Din (=D_train) to the rarity acquisition unit 32 and the predicted value acquisition unit 33 as data D1s. If data Din at time i is expressed as D i , then data D1s is set as, for example, three consecutive time series data D1s={D i , D i+1 , D i+2 }. For convenience of explanation, as shown in FIG. 11, the observed value series of QoS values after time t1 (time series data included in the learning data D_train) are expressed as b 0 , b 1 , b 2 , . . . shall be. In this case, the data holding unit 31 outputs data D1s={b 0 , b 1 , b 2 } to the rarity acquisition unit 32 .

レアリティ取得部32のノルム取得部321は、学習済みデータ記憶部St1から学習済みデータD_trainedのRarity計算用データセットDset2を読み出すとともに、データ保持部31から出力されるデータD1sとを入力する。なお、ここでは、ノルム取得部321が、データD1s={b,b,b}を処理する場合について説明する。 The norm acquisition unit 321 of the rarity acquisition unit 32 reads out the rarity calculation data set Dset2 of the trained data D_trained from the trained data storage unit St1, and inputs the data D1s output from the data holding unit 31. Note that here, a case will be described in which the norm acquisition unit 321 processes data D1s={b 0 , b 1 , b 2 }.

ノルム取得部321は、Rarity計算用データセットDset2の各行ベクトルとデータD1s(={b,b,b})とを用いて、ノルム(例えば、ユークリッド距離)の算出を行う。つまり、ノルム取得部321は、Rarity計算用データセットDset2のm行目の行ベクトルをDset2_rとすると、
=Norm(Dset2_r,D1s)
=Norm(Dset2_r,D1s)
=Norm(Dset2_r,D1s)
・・・
n1-1=Norm(Dset2_rn1-1,D1s)
Norm(v1,v2):ベクトルv1とベクトルv2のノルム(例えば、ユークリッド距離)を取得する関数。
に相当する処理により、ノルムの集合データ{d,d,・・・,dn1-1}を取得する。そして、ノルム取得部321は、取得したノルムの集合データ{d,d,・・・,dn1-1}を含むデータをデータD_normとして、Rarity算出部322に出力する。
The norm acquisition unit 321 calculates a norm (for example, Euclidean distance) using each row vector of the Rarity calculation data set Dset2 and data D1s (={b 0 , b 1 , b 2 }). In other words, the norm acquisition unit 321 assumes that the m-th row vector of the Rarity calculation data set Dset2 is Dset2_rm .
d 0 = Norm (Dset2_r 0 , D1s)
d 1 = Norm(Dset2_r 1 , D1s)
d 2 = Norm(Dset2_r 2 , D1s)
...
d n1-1 = Norm(Dset2_r n1-1 , D1s)
Norm (v1, v2): A function that obtains the norm (for example, Euclidean distance) of vector v1 and vector v2.
By the process corresponding to , norm set data {d 0 , d 1 , . . . , d n1-1 } is obtained. Then, the norm acquisition unit 321 outputs data including the acquired norm set data {d 0 , d 1 , . . . , d n1-1 } to the Rarity calculation unit 322 as data D_norm.

Rarity算出部322は、ノルム取得部321から出力されるデータD_normから、時系列データD1sの出現の稀少度合いを示すレアリティ(Rarity)を算出する。具体的には、Rarity算出部322は、
=min(d,di+1,・・・,di+n1-1
min():要素の最小値を取得する関数
に相当する処理を実行することで、QoS値の時系列データ{D,Di+1,Di+2}に対応するレアリティ値rを取得する。なお、ここでは、QoS値の時系列データ{D,Di+1,Di+2}={b,b,b}であるので、Rarity算出部322は、
=min(d,d,・・・,dn1-1
を取得する。
The Rarity calculation unit 322 calculates the rarity (Rarity) indicating the degree of rarity of the appearance of the time series data D1s from the data D_norm output from the norm acquisition unit 321. Specifically, the Rarity calculation unit 322
r i =min(d i , d i+1 ,..., d i+n1-1 )
min( ): A rarity value r i corresponding to the time series data of QoS values {D i , D i+1 , D i+2 } is obtained by executing a process equivalent to a function that obtains the minimum value of an element. Note that here, since the time series data of QoS values {D i , D i+1 , D i+2 }={b 0 , b 1 , b 2 }, the Rarity calculation unit 322
r 0 = min (d 0 , d 1 ,..., d n1-1 )
get.

そして、Rarity算出部322は、算出したレアリティrを含むデータをデータD2として、予測誤差分布取得部35のセレクタSEL1に出力する。 Then, the Rarity calculation unit 322 outputs data including the calculated rarity r i to the selector SEL1 of the prediction error distribution acquisition unit 35 as data D2.

セレクタSEL1は、「第2ステップの処理」を実行させるための信号値(セレクタSEL1の端子0が選択される信号値)に設定されている制御信号ctl1に従い、端子0を選択し、入力されたデータD2をRarity分布取得部351に出力する。 The selector SEL1 selects the terminal 0 according to the control signal ctl1 set to the signal value for executing the "second step process" (the signal value that selects the terminal 0 of the selector SEL1), and selects the input signal. The data D2 is output to the rarity distribution acquisition section 351.

Rarity分布取得部351は、セレクタSEL1から出力されるデータD2から、Rarity分布を取得する。具体的には、Rarity分布取得部351は、図11に示すように、各時刻(各サンプリング時刻)において取得されたレアリティ値rを所定の期間分取得し、レアリティ値riの頻度分布図(ヒストグラム)(図11の右下図に相当)を取得する。Rarity分布取得部351は、上記のようにして取得したレアリティ値riの頻度分布図(ヒストグラム)を特定するデータをRarity分布データDist_Rarityとして、クラス分類処理部352に出力する。 The Rarity distribution acquisition unit 351 acquires the Rarity distribution from the data D2 output from the selector SEL1. Specifically, as shown in FIG. 11, the Rarity distribution acquisition unit 351 acquires the rarity value ri acquired at each time (each sampling time) for a predetermined period, and creates a frequency distribution diagram of the rarity value ri ( histogram) (corresponding to the lower right diagram in FIG. 11). The Rarity distribution acquisition unit 351 outputs the data specifying the frequency distribution diagram (histogram) of the rarity value ri acquired as described above to the class classification processing unit 352 as Rarity distribution data Dist_Rarity.

クラス分類処理部352は、Rarity分布取得部351から出力されるデータDist_Rarityに基づいて、クラス分類処理を実行する。具体的には、K-means法などのクラスタリング手法やSOM(Self-organizing map)による手法を適用し、Rarityを所定数のクラスに分類し、当該クラスを分類するための閾値Th(={th,th,・・・,thn2-1})を取得する。 The class classification processing unit 352 executes class classification processing based on the data Dist_Rarity output from the rarity distribution acquisition unit 351. Specifically, a clustering method such as the K-means method or a method using SOM (Self-organizing map) is applied to classify Rarity into a predetermined number of classes, and a threshold Th (={th 0 , th 1 , ..., th n2-1 }).

ここでは、K-means法を採用する場合について説明する。 Here, a case will be described in which the K-means method is adopted.

クラス分類処理部352は、Rarity分布データDist_Rarityに基づいて、各レアリティ値rを予め設定されたクラス数(クラスタ数)kcl(kcl:2以上の自然数)に分類する場合、K-means法により、各レアリティ値rと、クラスタ中心とのノルム(例えば、ユークリッド距離)を計算し、各レアリティ値rを、最も近いクラスタ中心のクラスタに割り当てる。クラス分類処理部352は、この処理を繰り返し実行し、クラスタ割り当ての状況が変化しない、あるいは、変化量が所定の値以下になった場合、収束したと判断し、クラス分類処理を終了させる。そして、クラス分類処理部352は、クラス分類処理が終了した段階で、各クラス(各クラスタ)を分離するための閾値Th(={th,th,・・・,thn2-1})を設定する。なお、クラス数(クラスタ数)kclは、クラス分類処理部352において、予め設定されているものとする。 When classifying each rarity value r i into a preset number of classes (number of clusters) kcl (kcl: a natural number of 2 or more) based on the rarity distribution data Dist_Rarity, the class classification processing unit 352 uses the K-means method. , calculate the norm (e.g., Euclidean distance) between each rarity value r i and the cluster center, and assign each rarity value r i to the cluster with the nearest cluster center. The class classification processing unit 352 repeatedly executes this process, and when the cluster allocation situation does not change or the amount of change becomes less than a predetermined value, it determines that convergence has occurred and ends the class classification process. Then, when the class classification processing is completed, the class classification processing unit 352 sets a threshold Th (={th 0 , th 1 , ..., th n2-1 }) for separating each class (each cluster). Set. It is assumed that the number of classes (number of clusters) kcl is set in advance in the class classification processing section 352.

クラス分類処理部352は、以上のようにして取得したクラス分類するための閾値の集合データTh(={th,th,・・・,thn2-1})を第1記憶部St2に記憶する。 The class classification processing unit 352 stores the threshold set data Th (={th 0 , th 1 , ..., th n2-1 }) for classifying the classes acquired as described above in the first storage unit St2. Remember.

なお、以下では、説明便宜のため、図11の右下図に示すように、クラス数を「3」とし、各クラスをクラスClass_0、クラスClass_1、および、クラスClass_2とし、閾値Th={th,th}とする場合について説明する。 In the following, for convenience of explanation, as shown in the lower right diagram of FIG. 11, the number of classes is assumed to be "3", each class is defined as class Class_0, class Class_1, and class Class_2, and threshold value Th={th 0 , th 1 } will be explained.

(1.2.2.3:第3ステップの処理)
第3ステップの処理において、無線状況予測装置100は、QoS値の予測誤差分布を算出するためのデータを取得する。
制御部CPU1は、モード信号Modeを「学習モード」を示す信号値に設定し、予測判定処理部3に出力する。また、制御部CPU1は、制御信号ctl1を「第3ステップの処理」を実行させるための信号値(セレクタSEL1の端子1が選択される信号値)に設定し、予測判定処理部3に出力する。
(1.2.2.3: Third step processing)
In the third step, the radio condition prediction device 100 acquires data for calculating a prediction error distribution of QoS values.
The control unit CPU1 sets the mode signal Mode to a signal value indicating “learning mode” and outputs it to the prediction determination processing unit 3. Further, the control unit CPU1 sets the control signal ctl1 to a signal value for executing the “third step process” (a signal value at which terminal 1 of the selector SEL1 is selected), and outputs it to the prediction determination processing unit 3. .

データ保持部31は、セレクタSEL0からのデータDin(=D_train)を所定の期間、記憶保持する。データ保持部31は、データDin(=D_train)の時系列データをデータD1sとして、レアリティ取得部32および予測値取得部33に出力する。時刻iのデータDinをDと表記するとすると、データD1sは、例えば、3つの連続する時系列データD1s={D,Di+1,Di+2}として設定される。なお、説明便宜のため、図12に示すように、時刻t2以降のQoS値の観測値系列(学習用データD_trainに含まれる時系列データ)を、c,c,c,・・・とする。この場合、データ保持部31は、データD1s={c,c,c}をレアリティ取得部32および予測値取得部33に出力する。 The data holding unit 31 stores and holds the data Din (=D_train) from the selector SEL0 for a predetermined period. The data holding unit 31 outputs the time series data of the data Din (=D_train) to the rarity acquisition unit 32 and the predicted value acquisition unit 33 as data D1s. If data Din at time i is expressed as D i , then data D1s is set as, for example, three consecutive time series data D1s={D i , D i+1 , D i+2 }. For convenience of explanation, as shown in FIG. 12, the observed value series of QoS values after time t2 (time series data included in the learning data D_train) are expressed as c 0 , c 1 , c 2 , . . . shall be. In this case, the data holding unit 31 outputs data D1s={c 0 , c 1 , c 2 } to the rarity acquisition unit 32 and predicted value acquisition unit 33 .

また、データ保持部31は、予測値取得部33で予測対象とした時刻の実際のデータ(真値)をデータD1_true(=Di+k(図12の場合、c))を減算器34に出力する。 Further, the data holding unit 31 outputs the actual data (true value) of the time to be predicted by the predicted value acquisition unit 33 to the subtracter 34 as data D1_true (=D i + k (c 4 in the case of FIG. 12)). do.

レアリティ取得部32のノルム取得部321は、学習済みデータ記憶部St1から学習済みデータD_trainedのRarity計算用データセットDset2を読み出すとともに、データ保持部31から出力されるデータD1sとを入力する。なお、ここでは、ノルム取得部321が、データD1s={c,c,c}を処理する場合について説明する。 The norm acquisition unit 321 of the rarity acquisition unit 32 reads out the rarity calculation data set Dset2 of the trained data D_trained from the trained data storage unit St1, and inputs the data D1s output from the data holding unit 31. Note that here, a case will be described in which the norm acquisition unit 321 processes data D1s={c 0 , c 1 , c 2 }.

ノルム取得部321は、Rarity計算用データセットDset2の各行ベクトルとデータD1s(={c,c,c})とを用いて、ノルム(例えば、ユークリッド距離)の算出を行う。つまり、ノルム取得部321は、Rarity計算用データセットDset2のm行目の行ベクトルをDset2_rとすると、
=Norm(Dset2_r,D1s)
=Norm(Dset2_r,D1s)
=Norm(Dset2_r,D1s)
・・・
n1-1=Norm(Dset2_rn1-1,D1s)
Norm(v1,v2):ベクトルv1とベクトルv2のノルム(例えば、ユークリッド距離)を取得する関数。
に相当する処理により、ノルムの集合データ{d,d,・・・,dn1-1}を取得する。そして、ノルム取得部321は、取得したノルムの集合データ{d,d,・・・,dn1-1}を含むデータをデータD_normとして、Rarity算出部322に出力する。
The norm acquisition unit 321 calculates a norm (for example, Euclidean distance) using each row vector of the Rarity calculation data set Dset2 and data D1s (={c 0 , c 1 , c 2 }). In other words, the norm acquisition unit 321 assumes that the m-th row vector of the Rarity calculation data set Dset2 is Dset2_rm .
d 0 = Norm (Dset2_r 0 , D1s)
d 1 = Norm(Dset2_r 1 , D1s)
d 2 = Norm(Dset2_r 2 , D1s)
...
d n1-1 = Norm(Dset2_r n1-1 , D1s)
Norm (v1, v2): A function that obtains the norm (for example, Euclidean distance) of vector v1 and vector v2.
By the process corresponding to , norm set data {d 0 , d 1 , . . . , d n1-1 } is obtained. Then, the norm acquisition unit 321 outputs data including the acquired norm set data {d 0 , d 1 , . . . , d n1-1 } to the Rarity calculation unit 322 as data D_norm.

Rarity算出部322は、ノルム取得部321から出力されるデータD_normから、時系列データD1sの出現の稀少度合いを示すレアリティ(Rarity)を算出する。具体的には、Rarity算出部322は、
=min(d,di+1,・・・,di+n1-1
min():要素の最小値を取得する関数
に相当する処理を実行することで、QoS値の時系列データ{D,Di+1,Di+2}に対応するレアリティ値rを取得する。なお、ここでは、QoS値の時系列データ{D,Di+1,Di+2}={c,c,c}であるので、Rarity算出部322は、
=min(d,d,・・・,dn1-1
を取得する。
The Rarity calculation unit 322 calculates the rarity (Rarity) indicating the degree of rarity of the appearance of the time series data D1s from the data D_norm output from the norm acquisition unit 321. Specifically, the Rarity calculation unit 322
r i =min(d i , d i+1 ,..., d i+n1-1 )
min( ): A rarity value r i corresponding to the time series data of QoS values {D i , D i+1 , D i+2 } is obtained by executing a process equivalent to a function that obtains the minimum value of an element. Note that here, since the time series data of QoS values {D i , D i+1 , D i+2 }={c 0 , c 1 , c 2 }, the Rarity calculation unit 322
r 0 = min (d 0 , d 1 ,..., d n1-1 )
get.

そして、Rarity算出部322は、算出したレアリティrを含むデータをデータD2として、予測誤差分布取得部35のセレクタSEL1に出力する。 Then, the Rarity calculation unit 322 outputs data including the calculated rarity r i to the selector SEL1 of the prediction error distribution acquisition unit 35 as data D2.

セレクタSEL1は、「第3ステップの処理」を実行させるための信号値(セレクタSEL1の端子1が選択される信号値)に設定されている制御信号ctl1に従い、端子1を選択し、入力されたデータD2をRarityクラス分類部353に出力する。 The selector SEL1 selects the terminal 1 according to the control signal ctl1 set to the signal value for executing the "third step process" (the signal value that selects the terminal 1 of the selector SEL1), and selects the input signal. The data D2 is output to the Rarity class classification section 353.

Rarityクラス分類部353は、第1記憶部St2から閾値の集合データTh(={th,th})を読み出し、閾値の集合データTh(={th,th})に基づいて、データD2をクラス分類し、データD2が振り分けられたクラスの番号jを含むデータをデータD3として、予測誤差分布データ取得部354に出力する。 The Rarity class classification unit 353 reads the threshold set data Th (={th 0 , th 1 }) from the first storage unit St2, and based on the threshold set data Th (={th 0 , th 1 }), The data D2 is classified into classes, and data including the number j of the class to which the data D2 has been assigned is output to the prediction error distribution data acquisition unit 354 as data D3.

予測値取得部33は、学習済みデータ記憶部St1から学習済みデータD_trained(Rarity計算用データセットDset2、および、ラベル(正解データ)のデータセットDset_Label)を読み出す。予測値取得部33は、ノルム取得部321で実行される処理と同様にQoS値の時系列データD1s(={c,c,c})と、Rarity計算用データセットDset2の各行ベクトルとのノルム(例えば、ユークリッド距離)を算出し、最小値となる行ベクトルを検出し、検出した行ベクトルに対応するラベル(正解データ)を、データセットDset_Labelを用いて特定する。これにより、予測値取得部33は、ノルムの最小値をとる行ベクトルに対応するラベルを、将来の時刻の予測データ値D_predictとして取得する。例えば、図12に示す場合、QoS値の時系列データD1s(={c,c,c})と、Rarity計算用データセットDset2の第3行目のベクトル({a,a,a})とのノルムが最小値をとるとすると、予測値取得部33は、Rarity計算用データセットDset2の第3行目のベクトル({a,a,a})に対応するラベルの値a(ラベル(正解データ)のデータセットDset_Labelの第3行目のデータ)を将来の時刻(現在時刻iとすると将来時刻i+4)の予測データ値D_predictであると特定する。 The predicted value acquisition unit 33 reads trained data D_trained (Rarity calculation data set Dset2 and label (correct data) data set Dset_Label) from the trained data storage unit St1. Similar to the process executed by the norm acquisition unit 321, the predicted value acquisition unit 33 acquires the QoS value time series data D1s (={c 0 , c 1 , c 2 }) and each row vector of the Rarity calculation data set Dset2. The norm (for example, Euclidean distance) is calculated, the row vector having the minimum value is detected, and the label (correct data) corresponding to the detected row vector is specified using the data set Dset_Label. Thereby, the predicted value acquisition unit 33 acquires the label corresponding to the row vector having the minimum value of the norm as the predicted data value D_predict at a future time. For example, in the case shown in FIG. 12, the time series data D1s (={c 0 , c 1 , c 2 }) of QoS values and the vector ({a 2 , a 3 , a 4 }) takes the minimum value, the predicted value acquisition unit 33 corresponds to the vector ({a 2 , a 3 , a 4 }) in the third row of the Rarity calculation data set Dset2. The label value a 6 (data in the third row of the data set Dset_Label of labels (correct data)) is specified as the predicted data value D_predict at a future time (if current time i is future time i+4).

そして、予測値取得部33は、上記のようにして取得した将来時刻(現在時刻iとすると将来時刻i+4)の予測データ値D_predict(=D’i+k=a)を減算器34に出力する。 Then, the predicted value acquisition unit 33 outputs the predicted data value D_predict (=D' i+k =a 6 ) of the future time (if the current time i is the future time i+4) acquired as described above to the subtracter 34.

減算器34は、データ保持部31から出力されるデータD1_true(=Di+k=c)と、予測値取得部33から出力されるデータD_predict(=D’i+k=a)とを入力する。減算器34は、
D_prediction_error=D1_true―D_predict
に相当する処理(減算処理)を実行して、予測誤差データD_prediction_error(=Erri+k)を取得する。そして、減算器34は、取得した予測誤差データD_prediction_error(=Erri+k)を予測誤差分布取得部35の予測誤差分布データ取得部354に出力する。
The subtracter 34 inputs the data D1_true (=D i+k =c 4 ) output from the data holding section 31 and the data D_predict (=D' i+k =a 6 ) output from the predicted value acquisition section 33. The subtractor 34 is
D_prediction_error=D1_true-D_predict
A process corresponding to (subtraction process) is executed to obtain prediction error data D_prediction_error (=Err i+k ). Then, the subtracter 34 outputs the acquired prediction error data D_prediction_error (=Err i+k ) to the prediction error distribution data acquisition section 354 of the prediction error distribution acquisition section 35 .

予測誤差分布データ取得部354は、減算器34から出力されるデータD_prediction_errorと、Rarityクラス分類部353から出力されるデータD3(=j=class(r)、class(x)は、Rarity値xが属するクラスの番号を取得する関数)とを入力する。予測誤差分布データ取得部354は、データD3に基づいて、データD_prediction_errorをクラスに振り分け、振り分けられたクラスごとに(同一クラスに振り分けられたデータ群について)、データD_prediction_errorの発生頻度分布を取得することで、予測誤差分布データ(Err_dist)を取得する。そして、予測誤差分布データ取得部354は、取得した予測誤差分布データErr_distを含むデータD4を第2記憶部St3に記憶する。 The prediction error distribution data acquisition unit 354 uses the data D_prediction_error output from the subtracter 34 and the data D3 (=j=class( ri ), class(x) is the Rarity value x function to get the number of the class to which the class belongs). The prediction error distribution data acquisition unit 354 distributes the data D_prediction_error into classes based on the data D3, and acquires the occurrence frequency distribution of the data D_prediction_error for each classified class (for a group of data assigned to the same class). Then, prediction error distribution data (Err_dist j ) is obtained. Then, the prediction error distribution data acquisition unit 354 stores data D4 including the acquired prediction error distribution data Err_dist j in the second storage unit St3.

なお、一般に、クラス0(Class_0)に分類される予測誤差は、通常の入力パターン(頻出するQoS値の時系列データ)に対応するので、値が小さく、クラス0(Class_0)に分類される予測誤差のデータ群の分布の分散(あるいは標準偏差)は小さい。 In general, prediction errors classified into class 0 (Class_0) correspond to normal input patterns (time series data of frequently occurring QoS values), so prediction errors classified into class 0 (Class_0) have small values. The variance (or standard deviation) of the distribution of the error data group is small.

それに対して、クラス1(Class_1)に分類される予測誤差は、出現頻度がクラス0の入力パターンよりも低いので、その値は、クラス0に分類される予測誤差よりも大きく、クラス1(Class_1)に分類される予測誤差のデータ群の分布の分散(あるいは標準偏差)は、クラス0(Class_0)に分類される予測誤差のデータ群の分布の分散(あるいは標準偏差)よりも大きくなる。 On the other hand, the prediction error classified into class 1 (Class_1) has a lower appearance frequency than the input pattern of class 0, so its value is larger than the prediction error classified into class 0, and the value is larger than the prediction error classified into class 0. ) is larger than the variance (or standard deviation) of the distribution of the prediction error data group classified into class 0 (Class_0).

また、クラス2(Class_2)に分類される予測誤差は、出現頻度がクラス1の入力パターンよりも低いので、その値は、クラス1に分類される予測誤差よりも大きく、クラス2(Class_2)に分類される予測誤差のデータ群の分布の分散(あるいは標準偏差)は、クラス1(Class_1)に分類される予測誤差のデータ群の分布の分散(あるいは標準偏差)よりも大きくなる。 In addition, the prediction error classified into class 2 (Class_2) has a lower appearance frequency than the input pattern of class 1, so its value is larger than the prediction error classified into class 1, and the value of the prediction error classified into class 2 (Class_2) is lower than that of the input pattern of class 1. The variance (or standard deviation) of the distribution of the classified prediction error data group is larger than the variance (or standard deviation) of the distribution of the prediction error data group classified into class 1 (Class_1).

上記のような特性があるので、クラス0(Class_0)に分類される予測誤差の予測誤差分布データErr_dist、クラス1(Class_1)に分類される予測誤差の予測誤差分布データErr_dist、および、クラス2(Class_2)に分類される予測誤差の予測誤差分布データErr_distは、例えば、図12の右端中間に示したような分布になる。 Because of the above characteristics, the prediction error distribution data Err_dist 0 of the prediction errors classified into class 0 (Class_0), the prediction error distribution data Err_dist 1 of the prediction errors classified into class 1 (Class_1), and the class The prediction error distribution data Err_dist 2 of the prediction errors classified as 2 (Class_2) has a distribution as shown in the middle of the right end of FIG. 12, for example.

(1.2.3:予測処理)
次に、予測処理(通信障害の予測実行処理)について説明する。
(1.2.3: Prediction processing)
Next, the prediction process (communication failure prediction execution process) will be explained.

図13は、予測処理(通信障害の予測実行処理)を説明するための図である。 FIG. 13 is a diagram for explaining prediction processing (communication failure prediction execution processing).

予測処理(通信障害の予測実行処理)において、無線状況予測装置100は、将来時刻のQoS値の予測値D’i+kと、当該予測値D’i+kに対応するクラスの予測誤差分布データD4(=Err_dist)に基づいて、データD_predictの真値が取得される時刻(将来時刻)において、通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得する。 In the prediction process (communication failure prediction execution process), the radio situation prediction device 100 calculates the predicted value D' i + k of the QoS value at a future time and the prediction error distribution data D4 (= Err_dist j ), a risk value indicating the possibility of a communication failure occurring at the time (future time) when the true value of the data D_predict is obtained is obtained.

無線状況予測装置100の復調処理部Dm1は、アンテナAnt1を介して受信した無線信号に対して復調処理を実行し、RF復調信号、BB復調信号を取得する。観測データ取得部FE1は、復調処理部Dm1により取得された、RF復調信号、および/または、BB復調信号から、QoS値を取得する。そして、観測データ取得部FE1は、取得したQoS値を含むデータをデータDin0として、セレクタSEL0に出力する。セレクタSEL0は、観測データ取得部FE1から出力されるデータDin0を選択し、データDin(=Din0)として、予測判定処理部3のデータ保持部31に出力する。 The demodulation processing unit Dm1 of the radio situation prediction device 100 performs demodulation processing on the radio signal received via the antenna Ant1, and obtains an RF demodulated signal and a BB demodulated signal. The observation data acquisition unit FE1 acquires a QoS value from the RF demodulation signal and/or the BB demodulation signal acquired by the demodulation processing unit Dm1. Then, the observation data acquisition unit FE1 outputs data including the acquired QoS value to the selector SEL0 as data Din0. The selector SEL0 selects the data Din0 output from the observation data acquisition section FE1, and outputs it to the data holding section 31 of the prediction determination processing section 3 as data Din (=Din0).

制御部CPU1は、モード信号Modeを「予測処理実行モード」を示す信号値に設定し、予測判定処理部3に出力する。また、制御部CPU1は、制御信号ctl1を「予測処理」を実行させるための信号値(セレクタSEL1の端子2が選択される信号値)に設定し、予測判定処理部3に出力する。 The control unit CPU1 sets the mode signal Mode to a signal value indicating the “prediction processing execution mode” and outputs it to the prediction determination processing unit 3. Further, the control unit CPU1 sets the control signal ctl1 to a signal value for executing the “prediction process” (a signal value at which terminal 2 of the selector SEL1 is selected), and outputs it to the prediction determination processing unit 3.

データ保持部31は、セレクタSEL0からのデータDin(=Din0)を所定の期間、記憶保持する。データ保持部31は、データDinの時系列データをデータD1sとして、レアリティ取得部32および予測値取得部33に出力する。時刻iのデータDinをDと表記するとすると、データD1sは、例えば、3つの連続する時系列データD1s={D,Di+1,Di+2}として設定される。なお、説明便宜のため、図13に示すように、時刻t3以降のQoS値の観測値系列(時系列データ)を、q,q,q,・・・とする。この場合、データ保持部31は、データD1s={q,q,q}をレアリティ取得部32および予測値取得部33に出力する。 The data holding unit 31 stores and holds data Din (=Din0) from the selector SEL0 for a predetermined period. The data holding unit 31 outputs the time series data of the data Din to the rarity acquisition unit 32 and the predicted value acquisition unit 33 as data D1s. If data Din at time i is expressed as D i , then data D1s is set as, for example, three consecutive time series data D1s={D i , D i+1 , D i+2 }. For convenience of explanation, the observed value series (time series data) of QoS values after time t3 are assumed to be q 0 , q 1 , q 2 , . . . as shown in FIG. 13 . In this case, the data holding unit 31 outputs data D1s={q 0 , q 1 , q 2 } to the rarity acquisition unit 32 and predicted value acquisition unit 33 .

レアリティ取得部32のノルム取得部321は、学習済みデータ記憶部St1から学習済みデータD_trainedのRarity計算用データセットDset2を読み出すとともに、データ保持部31から出力されるデータD1sとを入力する。なお、ここでは、ノルム取得部321が、データD1s={q,q,q}を処理する場合について説明する。 The norm acquisition unit 321 of the rarity acquisition unit 32 reads out the rarity calculation data set Dset2 of the trained data D_trained from the trained data storage unit St1, and inputs the data D1s output from the data holding unit 31. Note that here, a case will be described in which the norm acquisition unit 321 processes data D1s={q 0 , q 1 , q 2 }.

ノルム取得部321は、Rarity計算用データセットDset2の各行ベクトルとデータD1s(={q,q,q})とを用いて、ノルム(例えば、ユークリッド距離)の算出を行う。つまり、ノルム取得部321は、Rarity計算用データセットDset2のm行目の行ベクトルをDset2_rとすると、
=Norm(Dset2_r,D1s)
=Norm(Dset2_r,D1s)
=Norm(Dset2_r,D1s)
・・・
n1-1=Norm(Dset2_rn1-1,D1s)
Norm(v1,v2):ベクトルv1とベクトルv2のノルム(例えば、ユークリッド距離)を取得する関数。
に相当する処理により、ノルムの集合データ{d,d,・・・,dn1-1}を取得する。そして、ノルム取得部321は、取得したノルムの集合データ{d,d,・・・,dn1-1}を含むデータをデータD_normとして、Rarity算出部322に出力する。
The norm acquisition unit 321 calculates a norm (for example, Euclidean distance) using each row vector of the Rarity calculation data set Dset2 and the data D1s (={q 0 , q 1 , q 2 }). In other words, the norm acquisition unit 321 assumes that the m-th row vector of the Rarity calculation data set Dset2 is Dset2_rm .
d 0 = Norm (Dset2_r 0 , D1s)
d 1 = Norm(Dset2_r 1 , D1s)
d 2 = Norm(Dset2_r 2 , D1s)
...
d n1-1 = Norm(Dset2_r n1-1 , D1s)
Norm (v1, v2): A function that obtains the norm (for example, Euclidean distance) of vector v1 and vector v2.
By the process corresponding to , norm set data {d 0 , d 1 , . . . , d n1-1 } is obtained. Then, the norm acquisition unit 321 outputs data including the acquired norm set data {d 0 , d 1 , . . . , d n1-1 } to the Rarity calculation unit 322 as data D_norm.

Rarity算出部322は、ノルム取得部321から出力されるデータD_normから、時系列データD1sの出現の稀少度合いを示すレアリティ(Rarity)を算出する。具体的には、Rarity算出部322は、
=min(d,di+1,・・・,di+n1-1
min():要素の最小値を取得する関数
に相当する処理を実行することで、QoS値の時系列データ{D,Di+1,Di+2}に対応するレアリティ値rを取得する。なお、ここでは、QoS値の時系列データ{D,Di+1,Di+2}={c,c,c}であるので、Rarity算出部322は、
=min(d,d,・・・,dn1-1
を取得する。
The Rarity calculation unit 322 calculates the rarity (Rarity) indicating the degree of rarity of the appearance of the time series data D1s from the data D_norm output from the norm acquisition unit 321. Specifically, the Rarity calculation unit 322
r i =min(d i , d i+1 ,..., d i+n1-1 )
min( ): A rarity value r i corresponding to the time series data of QoS values {D i , D i+1 , D i+2 } is obtained by executing a process equivalent to a function that obtains the minimum value of an element. Note that here, since the time series data of QoS values {D i , D i+1 , D i+2 }={c 0 , c 1 , c 2 }, the Rarity calculation unit 322
r 0 = min (d 0 , d 1 ,..., d n1-1 )
get.

そして、Rarity算出部322は、算出したレアリティrを含むデータをデータD2として、予測誤差分布取得部35のセレクタSEL1に出力する。 Then, the Rarity calculation unit 322 outputs data including the calculated rarity r i to the selector SEL1 of the prediction error distribution acquisition unit 35 as data D2.

セレクタSEL1は、「予測処理」を実行させるための信号値(セレクタSEL1の端子2が選択される信号値)に設定されている制御信号ctl1に従い、端子2を選択し、入力されたデータD2(=r)をクラス判定部355に出力する。 The selector SEL1 selects the terminal 2 according to the control signal ctl1 set to the signal value for executing the "prediction process" (the signal value at which the terminal 2 of the selector SEL1 is selected), and selects the input data D2 ( =r i ) is output to the class determination unit 355.

クラス判定部355は、セレクタSEL1から出力されるデータD2(=r)と、第1記憶部St2から出力される閾値の集合データThとを入力する。クラス判定部355は、閾値の集合データThに基づいてデータD2(=r)をクラス分類し、データD2(=r)が振り分けられたクラス(例えば、クラス番号j=class(r))を特定する。そして、クラス判定部355は、特定したクラス番号j(=class(r))をリスク値取得部36に出力する。 The class determination unit 355 receives data D2 (=r i ) output from the selector SEL1 and threshold set data Th output from the first storage unit St2. The class determination unit 355 classifies the data D2 (=r i ) based on the threshold set data Th, and classifies the class to which the data D2 (=r i ) is assigned (for example, class number j=class(r i ) ). Then, the class determination unit 355 outputs the specified class number j (=class( ri )) to the risk value acquisition unit 36.

予測値取得部33は、学習済みデータ記憶部St1から学習済みデータD_trained(Rarity計算用データセットDset2、および、ラベル(正解データ)のデータセットDset_Label)を読み出す。予測値取得部33は、ノルム取得部321で実行される処理と同様にQoS値の時系列データD1s(={q,q,q})と、Rarity計算用データセットDset2の各行ベクトルとのノルム(例えば、ユークリッド距離)を算出し、最小値となる行ベクトルを検出し、検出した行ベクトルに対応するラベル(正解データ)を、データセットDset_Labelを用いて特定する。これにより、予測値取得部33は、ノルムの最小値をとる行ベクトルに対応するラベルを、将来の時刻の予測データ値D_predictとして取得する。例えば、図13に示す場合、QoS値の時系列データD1s(={q,q,q})と、Rarity計算用データセットDset2の第3行目のベクトル({a,a,a})とのノルムが最小値をとるとすると、予測値取得部33は、Rarity計算用データセットDset2の第3行目のベクトル({a,a,a})に対応するラベルの値a(ラベル(正解データ)のデータセットDset_Labelの第3行目のデータ)を将来の時刻(現在時刻iとすると将来時刻i+4)の予測データ値D_predictとして取得する。 The predicted value acquisition unit 33 reads trained data D_trained (Rarity calculation data set Dset2 and label (correct data) data set Dset_Label) from the trained data storage unit St1. Similar to the process executed by the norm acquisition unit 321, the predicted value acquisition unit 33 acquires the QoS value time series data D1s (={q 0 , q 1 , q 2 }) and each row vector of the Rarity calculation data set Dset2. The norm (for example, Euclidean distance) is calculated, the row vector having the minimum value is detected, and the label (correct data) corresponding to the detected row vector is specified using the data set Dset_Label. Thereby, the predicted value acquisition unit 33 acquires the label corresponding to the row vector having the minimum value of the norm as the predicted data value D_predict at a future time. For example, in the case shown in FIG. 13, the QoS value time series data D1s (={q 0 , q 1 , q 2 }) and the vector ({a 2 , a 3 , a 4 }) takes the minimum value, the predicted value acquisition unit 33 corresponds to the vector ({a 2 , a 3 , a 4 }) in the third row of the Rarity calculation data set Dset2. The value a 6 of the label (data in the third row of the data set Dset_Label of labels (correct data)) is acquired as the predicted data value D_predict at a future time (if current time i is future time i+4).

そして、予測値取得部33は、上記のようにして取得した将来時刻(現在時刻iとすると将来時刻i+4)の予測データ値D_predict(=D’i+k=a)をリスク値取得部36に出力する。 Then, the predicted value acquisition unit 33 outputs the predicted data value D_predict (=D' i+k =a 6 ) at the future time (if the current time i is future time i+4) acquired as described above to the risk value acquisition unit 36. do.

リスク値取得部36は、予測値取得部33から出力されるデータD_predict(=D’i+k=a)と、クラス判定部355から出力されるクラス番号jと、第2記憶部St3から出力されるデータD4(=Err_dist)と、通信品質データの要求基準値を示すデータQoS_reqと、制御部CPU1から出力されるモード信号Modeとを入力する。リスク値取得部36は、モード信号Modeが「予測処理実行モード」を示す信号である場合、予測誤差分布データD4(=Err_dist)に基づいて、データD_predict(=D’i+k=a)の真値(q)が取得される時刻(将来時刻)において、通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得する。具体的には、リスク値取得部36は、予測値D_predict(=D’i+k)を取得するときに決定されたクラスjの予測誤差分布データErr_distを、第2記憶部St3から読み出し、予測値D_predict(=D’i+k)を中心とする予測誤差分布を取得する。そして、予測値D_predict(=D’i+k)を中心とする予測誤差分布において、通信品質データの要求基準値QoS_req以下の領域における予測誤差値を積分(あるいは積算)し、当該積分値(積算値)をリスク値として取得する。例えば、図13の中央付近に示した図のグレーの領域(通信品質データの要求基準値QoS_req以下の領域)の面積がリスク値となる。 The risk value acquisition unit 36 receives the data D_predict (=D' i+k =a 6 ) output from the predicted value acquisition unit 33, the class number j output from the class determination unit 355, and the data output from the second storage unit St3. data D4 (=Err_dist j ), data QoS_req indicating a required reference value of communication quality data, and a mode signal Mode output from the control unit CPU1 are input. When the mode signal Mode is a signal indicating "prediction processing execution mode", the risk value acquisition unit 36 calculates the data D_predict (=D' i+k = a 6 ) based on the prediction error distribution data D4 (=Err_dist j ). At the time (future time) when the true value (q 4 ) is obtained, a risk value indicating the possibility that a communication failure will occur is obtained. Specifically, the risk value acquisition unit 36 reads prediction error distribution data Err_dist j of class j determined when acquiring the predicted value D_predict (=D′ i+k ) from the second storage unit St3, and obtains the predicted value. A prediction error distribution centered at D_predict (=D' i+k ) is obtained. Then, in the prediction error distribution centered on the predicted value D_predict (=D' i+k ), the prediction error value in the area below the required reference value QoS_req of communication quality data is integrated (or integrated), and the integrated value (integrated value) is calculated. Obtain as the risk value. For example, the area of the gray area (area below the required reference value QoS_req of communication quality data) in the diagram shown near the center of FIG. 13 becomes the risk value.

そして、リスク値取得部36は、上記のようにして取得したリスク値をデータDoutとして出力する。リスク値取得部36により取得されたリスク値を考慮することで、将来時刻における通信障害の発生の可能性を把握することができ、その結果、高精度な通信障害の発生の予測処理を実現できる。 Then, the risk value acquisition unit 36 outputs the risk value acquired as described above as data Dout. By considering the risk value acquired by the risk value acquisition unit 36, it is possible to grasp the possibility of occurrence of a communication failure at a future time, and as a result, highly accurate prediction processing of the occurrence of a communication failure can be realized. .

以上のようにして、無線状況予測装置100では、予測処理が実行される。 As described above, the radio situation prediction device 100 executes the prediction process.

ここで、図14を用いて、観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンが頻出する入力パターン(Rarity値が低い入力パターン)が無線状況予測装置100に入力された場合(図14(a))と、観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンが稀少な入力パターン(Rarity値が高い入力パターン)が無線状況予測装置100に入力された場合(図14(b))のリスク値の取得について、説明する。 Here, using FIG. 14, when an input pattern (an input pattern with a low Rarity value) in which the occurrence pattern of time-series data of observed data (QoS value) frequently appears is input to the radio situation prediction device 100 (FIG. a)) and when an input pattern (input pattern with a high Rarity value) in which the occurrence pattern of time-series data of observed data (QoS value) is rare is input to the radio situation prediction device 100 (FIG. 14(b)). The acquisition of risk values will be explained.

図14(a)の場合、観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンが頻出する入力パターン(Rarity値が低い入力パターン)であり、Rarity値が低く、入力パターンの発生頻度が高いため、当該入力パターンから算出されるRarity値により決定されるクラスの予測誤差分布データErr_distのばらつき(標準偏差、分散)が小さい。この場合、例えば、クラス番号j=0のクラス(Class_0)が選択され、予測誤差分布データErr_distが選択される。そして、リスク値取得部36は、予測誤差分布データErr_distの中心を、予測値D’i+k(D’i+k:時刻ti+kのQoS値の予測値)とする予測誤差分布を取得し、取得した当該予測誤差分布において、QoS値が値QoS_req以下の領域(図14(a)の場合の領域AR1)の積分値(積算値)をリスク値として取得する。図14(a)の場合、領域AR1の面積がかなり小さいので、リスク値も小さい値となる。すなわち、図14(a)の場合、時刻ti+kにおいて、通信障害が発生する可能性はかなり小さいと適切に判定される。 In the case of Fig. 14(a), the occurrence pattern of time-series data of observed data (QoS value) is a frequently occurring input pattern (input pattern with a low Rarity value), and the Rarity value is low and the frequency of occurrence of the input pattern is high. , the dispersion (standard deviation, variance) of the prediction error distribution data Err_dist j of the class determined by the Rarity value calculated from the input pattern is small. In this case, for example, the class with class number j=0 (Class_0) is selected, and the prediction error distribution data Err_dist 0 is selected. Then, the risk value acquisition unit 36 acquires a prediction error distribution in which the center of the prediction error distribution data Err_dist 0 is the predicted value D′ i+k (D′ i+k : predicted value of the QoS value at time t i+k ). In the prediction error distribution, an integral value (integrated value) of a region where the QoS value is equal to or less than the value QoS_req (region AR1 in the case of FIG. 14(a)) is acquired as a risk value. In the case of FIG. 14(a), since the area of the region AR1 is quite small, the risk value is also a small value. That is, in the case of FIG. 14A, it is appropriately determined that the possibility of a communication failure occurring at time t i+k is quite small.

一方、図14(b)の場合、観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンが稀少な入力パターン(Rarity値が高い入力パターン)であり、Rarity値が高く、入力パターンの発生頻度が低いため、当該入力パターンから算出されるRarity値により決定されるクラスの予測誤差分布データErr_distのばらつき(標準偏差、分散)が大きい。この場合、例えば、クラス番号j=2のクラス(Class_2)が選択され、予測誤差分布データErr_distが選択される。そして、リスク値取得部36は、予測誤差分布データErr_distの中心を、予測値D’i+k(D’i+k:時刻ti+kのQoS値の予測値)とする予測誤差分布を取得し、取得した当該予測誤差分布において、QoS値が値QoS_req以下の領域(図14(b)の場合の領域AR2)の積分値(積算値)をリスク値として取得する。図14(b)の場合、領域AR1の面積が大きいので、リスク値も大きな値となる。すなわち、図14(a)の場合、時刻ti+kにおいて、通信障害が発生する可能性は大きいと適切に判定される。 On the other hand, in the case of Fig. 14(b), the occurrence pattern of the time series data of the observed data (QoS value) is a rare input pattern (input pattern with a high Rarity value), and the Rarity value is high and the frequency of occurrence of the input pattern is Since it is low, the dispersion (standard deviation, variance) of the prediction error distribution data Err_dist j of the class determined by the Rarity value calculated from the input pattern is large. In this case, for example, the class with class number j=2 (Class_2) is selected, and the prediction error distribution data Err_dist 2 is selected. Then, the risk value acquisition unit 36 acquires a prediction error distribution in which the center of the prediction error distribution data Err_dist 2 is the predicted value D′ i+k (D′ i+k : predicted value of the QoS value at time t i+k ). In the prediction error distribution, an integral value (integrated value) of a region where the QoS value is equal to or less than the value QoS_req (region AR2 in the case of FIG. 14(b)) is acquired as a risk value. In the case of FIG. 14(b), since the area of the region AR1 is large, the risk value also becomes a large value. That is, in the case of FIG. 14A, it is appropriately determined that there is a high possibility that a communication failure will occur at time t i+k .

無線状況予測装置100では、このように処理することで、観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンが稀少な入力パターンが入力された場合であっても、適切に通信障害の発生の有無の可能性を把握し、高精度な通信障害の発生の予測処理を行うことができる。 By processing in this way, the radio situation prediction device 100 can appropriately prevent the occurrence of communication failure even when an input pattern with a rare occurrence pattern of time-series data of observed data (QoS value) is input. It is possible to grasp the possibility of the presence or absence of a communication failure and perform highly accurate prediction processing of the occurrence of a communication failure.

以上のように、無線状況予測装置100では、学習時において、観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンを学習することで、頻出する観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンを把握する。また、無線状況予測装置100では、学習時に取得した観測データ(QoS値)の時系列データの発生パターンと、実際の観測データ(QoS値)の時系列データとの類似性を、例えば、ノルム(例えば、ユークリッド距離)を算出することにより判定し、観測データ(QoS値)の時系列データの出現の稀少度合いを示すレアリティ値(Rarity値)を算出する。そして、無線状況予測装置100では、レアリティ値の分布であるレアリティ分布を取得し、当該レアリティ分布に基づいて、レアリティ値のデータ群を閾値により所定のクラスに分類する。 As described above, in the radio situation prediction device 100, by learning the occurrence pattern of time series data of observation data (QoS value) during learning, the occurrence pattern of time series data of frequently occurring observation data (QoS value) Understand. In addition, the radio situation prediction device 100 calculates the similarity between the occurrence pattern of time-series data of observed data (QoS value) acquired during learning and the time-series data of actual observed data (QoS value), for example, by norm ( For example, the determination is made by calculating the Euclidean distance), and a rarity value indicating the degree of rarity of the appearance of time series data of observed data (QoS value) is calculated. Then, the radio situation prediction device 100 obtains a rarity distribution, which is a distribution of rarity values, and classifies the data group of rarity values into a predetermined class using a threshold value based on the rarity distribution.

そして、無線状況予測装置100は、予測時において、処理対象の観測データ(QoS値)の時系列データのレアリティ値rに基づいて、分類されるクラスを特定し、当該クラスに対応する予測誤差分布データErr_distと将来時刻の予測値に基づいて、当該将来時刻における通信障害の発生確率を示すリスク値を取得する。そして、無線状況予測装置100では、取得したリスク値に基づいて、将来時刻において通信障害が発生する可能性を適切に把握することができる。無線状況予測装置100では、上記のように処理することで、リスク値を連続値、あるいは、多値データとして取得できるため、従来技術のような通信障害の発生の有無を示す2値データによる判定処理に比べて、遙かに精度のよい予測処理を実現できる。 Then, at the time of prediction, the radio situation prediction device 100 identifies the class to be classified based on the rarity value r i of the time series data of the observation data (QoS value) to be processed, and determines the prediction error corresponding to the class. Based on the distribution data Err_dist j and the predicted value of the future time, a risk value indicating the probability of occurrence of a communication failure at the future time is acquired. Then, the radio situation prediction device 100 can appropriately grasp the possibility that a communication failure will occur at a future time based on the acquired risk value. By processing as described above, the radio situation prediction device 100 can obtain the risk value as a continuous value or multivalued data, so it is not possible to make a determination based on binary data indicating the presence or absence of a communication failure as in the conventional technology. It is possible to achieve much more accurate prediction processing than conventional processing.

このように、無線状況予測装置100では、通信障害を検知する際の重要な要因である、入力パターン(観測データ(QoS値)の時系列データ)のめずらしさ(Rarity)を考慮しつつ、通信障害の発生の可能性を示すリスク値を取得することができるので、高精度な通信障害の発生の予測処理を実現することができる。 In this way, the radio situation prediction device 100 takes into account the rarity (rarity) of the input pattern (time-series data of observed data (QoS value)), which is an important factor when detecting a communication failure. Since a risk value indicating the possibility of occurrence of a failure can be obtained, highly accurate prediction processing for the occurrence of a communication failure can be realized.

また、無線状況予測装置100では、入力パターン(観測データ(QoS値)の時系列データ)のめずらしさ(Rarity)を考慮した、通信障害の発生の予測処理を実行するので、稀な入力パターン、あるいは、未学習の入力パターンが発生した場合であっても、通信障害の発生の可能性を示すリスク値を適切に取得でき、その結果、高精度な通信障害の予測処理を実現することができる。 In addition, the radio situation prediction device 100 executes prediction processing for the occurrence of communication failures in consideration of the rarity (rarity) of input patterns (time series data of observed data (QoS values)). Alternatively, even if an unlearned input pattern occurs, it is possible to appropriately obtain a risk value that indicates the possibility of a communication failure occurring, and as a result, highly accurate communication failure prediction processing can be achieved. .

さらに、無線状況予測装置100では、観測データ(QoS値)の異常パターンを異常度に基づいて検出し、検出した異常パターンを除外した学習用データを生成する。そして、無線状況予測装置100では、当該学習用データを用いて、学習処理を実行するので、適切な学習処理が実行され、適切なQoS値の誤差分布を取得できる。その結果、無線状況予測装置100では、異常データを予測結果として出力されることを適切に回避することができる。異常度に基づいて、異常パターンを除かずに学習処理を実行し、当該学習処理後に予測処理を実行した場合、異常パターンが発生する確率が低いにも関わらず、異常パターンと類似するQoS値の時系列パターンが発生すると誤って予測してしまうことが頻発する。無線状況予測装置100では、異常度に基づいて、観測データ(QoS値)の異常パターンを除外した学習用データにより、学習処理を実行し、当該学習処理後に予測処理を実行するので、上記のような、異常パターンが発生する確率が低いにも関わらず、異常パターンと類似するQoS値の時系列パターンが発生すると誤って予測することがない。すなわち、無線状況予測装置100では、高精度な通信障害の予測処理を実現することができる。 Furthermore, the radio situation prediction device 100 detects an abnormal pattern in observation data (QoS value) based on the degree of abnormality, and generates learning data excluding the detected abnormal pattern. Then, the radio situation prediction device 100 executes a learning process using the learning data, so that an appropriate learning process is executed and an appropriate error distribution of QoS values can be obtained. As a result, the radio situation prediction device 100 can appropriately avoid outputting abnormal data as a prediction result. If a learning process is executed without removing an abnormal pattern based on the degree of abnormality, and a prediction process is executed after the learning process, even though the probability of an abnormal pattern occurring is low, QoS values similar to the abnormal pattern will be It is common to make incorrect predictions when time series patterns occur. The radio situation prediction device 100 executes a learning process using learning data from which abnormal patterns of observed data (QoS values) are excluded based on the degree of abnormality, and performs a prediction process after the learning process. Note that even though the probability of an abnormal pattern occurring is low, it is not erroneously predicted that a time-series pattern of QoS values similar to the abnormal pattern will occur. That is, the radio situation prediction device 100 can realize highly accurate communication failure prediction processing.

なお、上記では、学習用データ生成処理部1が、異常度sと閾値Th0とを比較して、除外するQoS値の時系列パターンを決定する場合について説明したが、これに限定されることはない。例えば、学習用データ生成処理部1が、所定の期間(例えば、期間Prd1、Prd2、Prd3の各期間)において、異常度sを算出し、当該期間において、異常度sに対してソート処理を行い、値の大きい方から上位x%(x:実数(例えば、xは、10以下の実数))に含まれる異常度sに対応するパターン(QoS値の時系列パターン)を異常パターンと判定し、当該異常パターンを除外した時系列データを学習用データD_trainとしてもよい。 In addition, although the case where the learning data generation processing unit 1 determines the time series pattern of QoS values to be excluded by comparing the degree of abnormality s j and the threshold Th0 has been described above, the present invention is not limited to this. There isn't. For example, the learning data generation processing unit 1 calculates the degree of abnormality s j in a predetermined period (for example, each period Prd1, Prd2, Prd3), and performs sorting processing on the degree of abnormality s j in the period. The pattern (time series pattern of QoS values) corresponding to the abnormality degree s j included in the top x% (x: real number (for example, x is a real number of 10 or less)) from the largest value is an abnormal pattern. The time series data from which the abnormal pattern has been determined and the abnormal pattern has been excluded may be used as the learning data D_train.

[他の実施形態]
上記実施形態では、観測値がQoS値である場合について説明したが、これに限定されることはなく、観測値は、例えば、無線環境の状況を把握することができるデータであれば、他のデータを用いてもよい。
[Other embodiments]
In the above embodiment, a case has been described in which the observed value is a QoS value, but the observed value is not limited to this. Data may also be used.

また、学習済みデータ記憶部St1、第1記憶部St2、第2記憶部St3、第1学習済みデータ記憶部St1A、および、第2学習済みデータ記憶部St1Bは、無線状況予測装置100、200の外部に設けられるものであってもよい。 Further, the learned data storage section St1, the first storage section St2, the second storage section St3, the first learned data storage section St1A, and the second learned data storage section St1B are It may be provided externally.

また、上記実施形態では、データD_prediction_errorの発生頻度分布を取得することで、予測誤差分布データを取得し、取得した予測誤差分布データを用いて、リスク値を取得する場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、以下のように処理してもよい。無線状況予測装置100において、分類されたクラスごとに、データD_prediction_errorの発生頻度分布から、データD_prediction_errorの平均値μ(μ:クラス番号jのクラスに分類される予測誤差値の平均値)、標準偏差σ(σ:クラス番号jのクラスに分類される予測誤差値の標準偏差)を算出し、予測誤差分布データErr_distが正規分布N(μ,σ )に従う分布であるとみなし(近似し)、リスク値を取得する処理を実行してもよい。 Furthermore, in the above embodiment, a case has been described in which prediction error distribution data is acquired by acquiring the occurrence frequency distribution of data D_prediction_error, and a risk value is acquired using the acquired prediction error distribution data. For example, the processing may be performed as follows without limitation. In the radio situation prediction device 100, for each classified class, from the occurrence frequency distribution of data D_prediction_error, the average value μ j of data D_prediction_error (μ j : average value of prediction error values classified into the class with class number j), Calculate the standard deviation σ jj : standard deviation of prediction error values classified into the class with class number j), and determine that the prediction error distribution data Err_dist j is a distribution that follows the normal distribution N (μ j , σ j 2 ) It is also possible to perform processing to obtain the risk value by assuming (approximating) the risk value.

また、上記実施形態では、無線環境の通信障害を予測する場合について、説明したが、これに限定されることはなく、無線状況予測装置において、例えば、有線の通信環境、あるいは、無線、有線が混在するネットワークのバックボーンにあるハブからQoS情報を取得し、通信環境の通信障害を予測するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, a case has been described in which a communication failure in a wireless environment is predicted, but the present invention is not limited to this. QoS information may be acquired from a hub in the backbone of a mixed network to predict communication failures in the communication environment.

また、上記実施形態で説明した無線状況予測装置100において、各ブロックは、LSIなどの半導体装置により個別に1チップ化されても良いし、一部又は全部を含むように1チップ化されても良い。 Furthermore, in the radio situation prediction device 100 described in the above embodiment, each block may be individually formed into one chip using a semiconductor device such as an LSI, or may be formed into one chip so as to include a part or all of the blocks. good.

なお、ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Although it is referred to as an LSI here, it may also be called an IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.

また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。 Moreover, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be implemented using a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after the LSI is manufactured or a reconfigurable processor that can reconfigure the connections and settings of circuit cells inside the LSI may be used.

また、上記各実施形態の各機能ブロックの処理の一部または全部は、プログラムにより実現されるものであってもよい。そして、上記各実施形態の各機能ブロックの処理の一部または全部は、コンピュータにおいて、中央演算装置(CPU)により行われる。また、それぞれの処理を行うためのプログラムは、ハードディスク、ROMなどの記憶装置に格納されており、ROMにおいて、あるいはRAMに読み出されて実行される。 Furthermore, part or all of the processing of each functional block in each of the above embodiments may be realized by a program. Part or all of the processing of each functional block in each of the above embodiments is performed by a central processing unit (CPU) in a computer. Further, programs for performing each process are stored in a storage device such as a hard disk or ROM, and are read out to the ROM or RAM and executed.

また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア(OS(オペレーティングシステム)、ミドルウェア、あるいは、所定のライブラリとともに実現される場合を含む。)により実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。 Further, each process of the above embodiments may be realized by hardware, or by software (including cases where it is realized together with an OS (operating system), middleware, or a predetermined library). Furthermore, it may be realized by mixed processing of software and hardware.

例えば、上記実施形態の各機能部を、ソフトウェアにより実現する場合、図15に示したハードウェア構成(例えば、CPU、ROM、RAM、入力部、出力部等をバスBusにより接続したハードウェア構成)を用いて、各機能部をソフトウェア処理により実現するようにしてもよい。 For example, when each functional unit of the above embodiment is realized by software, the hardware configuration shown in FIG. 15 (for example, a hardware configuration in which a CPU, ROM, RAM, input unit, output unit, etc. are connected by a bus) Each functional unit may be realized by software processing using .

また、上記実施形態における処理方法の実行順序は、必ずしも、上記実施形態の記載に制限されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、実行順序を入れ替えることができるものである。 Further, the execution order of the processing method in the above embodiment is not necessarily limited to the description of the above embodiment, and the execution order can be changed without departing from the gist of the invention.

前述した方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明の範囲に含まれる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD-ROM、MO、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、大容量DVD、次世代DVD、半導体メモリを挙げることができる。 A computer program that causes a computer to execute the method described above and a computer-readable recording medium on which the program is recorded are included within the scope of the present invention. Here, examples of computer-readable recording media include flexible disks, hard disks, CD-ROMs, MOs, DVDs, DVD-ROMs, DVD-RAMs, large-capacity DVDs, next-generation DVDs, and semiconductor memories. .

上記コンピュータプログラムは、上記記録媒体に記録されたものに限られず、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送されるものであってもよい。 The computer program is not limited to one recorded on the recording medium, but may be transmitted via a telecommunication line, a wireless or wired communication line, a network typified by the Internet, or the like.

なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。 Note that the specific configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the gist of the invention.

100 無線状況予測装置
1 学習用データ生成処理部
2 学習部
3 予測判定処理部
32 レアリティ取得部
33 予測値取得部
34 減算器(減算部)
35 予測誤差分布取得部
36 リスク値取得部
St1 学習済みデータ記憶部
100 Radio situation prediction device 1 Learning data generation processing section 2 Learning section 3 Prediction judgment processing section 32 Rarity acquisition section 33 Predicted value acquisition section 34 Subtractor (subtraction section)
35 Prediction error distribution acquisition unit 36 Risk value acquisition unit St1 Learned data storage unit

Claims (6)

通信品質データの時系列パターンの異常度を取得し、取得した当該異常度に応じて、学習処理の対象から除外するデータである除外データを特定し、前記通信品質データの時系列パターンから、当該除外データを除外したデータを学習処理対象データとして取得する学習用データ生成処理部と、
前記学習用データ生成処理部により取得された前記学習処理対象データを用いて学習処理を行う学習部であって、前記通信品質データの時系列パターンの発生パターンと、当該時系列パターンが発生した後の所定の時刻後である将来時刻の前記通信品質データとを用いて前記学習処理を実行する前記学習部と、
前記学習部により取得された前記通信品質データの前記時系列パターンの発生パターンを含むレアリティ算出用データセットと、当該時系列パターンが発生した後の所定の時刻後である将来時刻の前記通信品質データを含むラベルデータセットとを含む学習済みデータを記憶する記憶部と、
前記学習済みデータに基づいて、現時刻において入力されている通信品質データの時系列パターンから、所定の時刻後の前記通信品質データの予測値を取得する予測値取得部と、
前記予測値取得部により取得された前記通信品質データの予測値と、当該予測値の真値であって、前記所定の時刻後の前記通信品質データの実際の測定値である前記真値との差である予測誤差値の分布である予測誤差分布を取得する予測誤差分布取得部と、
前記予測誤差分布および前記予測値に基づいて、現時刻から所定の時刻後である将来時刻において通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得するリスク値取得部と、
を備える通信状況予測装置。
The degree of abnormality of the time-series pattern of communication quality data is acquired, and according to the acquired degree of abnormality, excluded data, which is data to be excluded from the learning process, is determined. a learning data generation processing unit that acquires data from which excluded data has been excluded as learning processing target data;
A learning unit that performs a learning process using the learning processing target data acquired by the learning data generation processing unit, the learning unit comprising: a generation pattern of a time series pattern of the communication quality data; and a time series pattern after the time series pattern is generated; the learning unit that executes the learning process using the communication quality data at a future time that is after a predetermined time ;
a rarity calculation dataset including the occurrence pattern of the time-series pattern of the communication quality data acquired by the learning unit; and the communication quality data at a future time that is a predetermined time after the occurrence of the time-series pattern. a storage unit that stores trained data including a label data set including the label data set;
a predicted value acquisition unit that acquires a predicted value of the communication quality data after a predetermined time from a time-series pattern of the communication quality data input at the current time based on the learned data;
The predicted value of the communication quality data acquired by the predicted value acquisition unit and the true value of the predicted value , which is the actual measured value of the communication quality data after the predetermined time. a prediction error distribution acquisition unit that acquires a prediction error distribution that is a distribution of prediction error values that are differences;
a risk value acquisition unit that acquires a risk value indicating the possibility that a communication failure will occur at a future time that is a predetermined time after the current time, based on the prediction error distribution and the prediction value;
A communication status prediction device comprising:
前記学習用データ生成処理部は、
平均ベクトル取得用期間を設定し、所定数の前記通信品質データを含む単位区間を設定し、前記単位区間に含まれる前記通信品質データを時系列データa(i:自然数)としたとき、複数の前記時系列データaを要素とするベクトルv_aと、前記平均ベクトル取得用期間に含まれる前記時系列データの平均ベクトルv_aaveとを取得し、前記ベクトルv_aと前記平均ベクトルv_aaveとの差分ベクトルのノルムを前記異常度として取得する、
請求項1に記載の通信状況予測装置。
The learning data generation processing unit includes:
When an average vector acquisition period is set, a unit section including a predetermined number of the communication quality data is set, and the communication quality data included in the unit section is time series data a i (i: natural number), a plurality of A vector v_a i having the time series data a i as an element and an average vector v_a ave of the time series data included in the average vector acquisition period are obtained, and the vector v_a i and the average vector v_a ave are obtain the norm of the difference vector of as the abnormality degree,
The communication status prediction device according to claim 1.
前記学習用データ生成処理部は、
前記異常度と、所定の閾値とを比較し、前記異常度が前記閾値よりも大きい場合、当該異常度に対応する通信品質データの時系列パターンを、前記除外データとして特定する、
請求項1または2に記載の通信状況予測装置。
The learning data generation processing unit includes:
comparing the degree of abnormality with a predetermined threshold, and if the degree of abnormality is greater than the threshold, identifying a time-series pattern of communication quality data corresponding to the degree of abnormality as the excluded data;
The communication status prediction device according to claim 1 or 2.
前記学習用データ生成処理部は、
平均ベクトル取得用期間を設定し、当該平均ベクトル取得用期間において取得された前記異常度についてソート処理を実行し、異常度の値の異常度合いが高い方から上位x%(x:実数)に含まれる異常度に対応する通信品質データの時系列パターンを、前記除外データとして特定する、
請求項1または2に記載の通信状況予測装置。
The learning data generation processing unit includes:
An average vector acquisition period is set, and the abnormality degrees acquired in the average vector acquisition period are sorted, and the abnormality degree value is included in the top x% (x: real number) from the highest abnormality degree. identifying a time-series pattern of communication quality data corresponding to the abnormality level as the excluded data;
The communication status prediction device according to claim 1 or 2.
学習用データ生成処理部と、学習部と、記憶部と、予測値取得部と、予測誤差分布取得部と、リスク値取得部と、を備える通信状況予測装置を用いて実行される通信状況予測方法であって、
前記学習用データ生成処理部が、通信品質データの時系列パターンの異常度を取得し、取得した当該異常度に応じて、学習処理の対象から除外するデータである除外データを特定し、前記通信品質データの時系列パターンから、当該除外データを除外したデータを学習処理対象データとして取得する学習用データ生成処理ステップと、
前記学習部が、前記学習用データ生成処理ステップにより取得された前記学習処理対象データを用いて学習処理を行う学習ステップであって、前記通信品質データの時系列パターンの発生パターンと、当該時系列パターンが発生した後の所定の時刻後である将来時刻の前記通信品質データとを用いて前記学習処理を実行する前記学習ステップと、
前記記憶部が、前記学習ステップにより取得された前記通信品質データの前記時系列パターンの発生パターンを含むレアリティ算出用データセットと、当該時系列パターンが発生した後の所定の時刻後である将来時刻の前記通信品質データを含むラベルデータセットとを含む学習済みデータを記憶する記憶ステップと、
前記予測値取得部が、前記学習済みデータに基づいて、現時刻において入力されている通信品質データの時系列パターンから、所定の時刻後の前記通信品質データの予測値を取得する予測値取得ステップと、
前記予測誤差分布取得部が、前記予測値取得ステップにより取得された前記通信品質データの予測値と、当該予測値の真値であって、前記所定の時刻後の前記通信品質データの実際の測定値である前記真値との差である予測誤差値の分布である予測誤差分布を取得する予測誤差分布取得ステップと、
前記リスク値取得部が、前記予測誤差分布および前記予測値に基づいて、現時刻から所定の時刻後である将来時刻において通信障害が発生する可能性を示すリスク値を取得するリスク値取得ステップと、
を備える通信状況予測方法。
Communication status prediction performed using a communication status prediction device including a learning data generation processing unit, a learning unit, a storage unit, a predicted value acquisition unit, a prediction error distribution acquisition unit, and a risk value acquisition unit A method,
The learning data generation processing unit acquires the degree of abnormality of the time-series pattern of the communication quality data, identifies excluded data that is data to be excluded from the learning process according to the acquired degree of abnormality, and a learning data generation processing step of acquiring data from which the excluded data is excluded from the time-series pattern of the quality data as learning processing target data;
A learning step in which the learning unit performs a learning process using the learning processing target data acquired in the learning data generation processing step, the learning step comprising: an occurrence pattern of a time-series pattern of the communication quality data; the learning step of performing the learning process using the communication quality data at a future time that is after a predetermined time after the pattern has occurred;
The storage unit stores a rarity calculation data set including the occurrence pattern of the time series pattern of the communication quality data acquired in the learning step, and a future time that is a predetermined time after the occurrence of the time series pattern. a label data set including the communication quality data;
a predicted value acquisition step in which the predicted value acquisition unit acquires a predicted value of the communication quality data after a predetermined time from a time-series pattern of communication quality data input at the current time based on the learned data; and,
The prediction error distribution acquisition unit calculates the predicted value of the communication quality data acquired in the predicted value acquisition step and the true value of the predicted value, and the actual measurement of the communication quality data after the predetermined time. a prediction error distribution acquisition step of acquiring a prediction error distribution that is a distribution of prediction error values that are the difference from the true value that is the value ;
a risk value acquisition step in which the risk value acquisition unit acquires a risk value indicating the possibility that a communication failure will occur at a future time that is a predetermined time after the current time , based on the prediction error distribution and the predicted value; ,
A communication status prediction method comprising:
請求項5に記載の通信状況予測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

A program for causing a computer to execute the communication status prediction method according to claim 5.

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