JP7618133B2 - Wireless communication method, wireless terminal, and program for wireless terminal - Google Patents
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Description
この開示は、無線通信方法、無線端末および無線端末用プログラムに係り、特に、複数の無線端末と複数の無線基地局等とを含むネットワークにおいて高い通信効率を得る上で好適な無線通信方法、無線端末および無線端末用プログラムに関する。 This disclosure relates to a wireless communication method, a wireless terminal, and a program for the wireless terminal, and in particular to a wireless communication method, a wireless terminal, and a program for the wireless terminal that are suitable for achieving high communication efficiency in a network that includes multiple wireless terminals and multiple wireless base stations, etc.
無線通信システムの発展に伴い、マルチバンド・マルチアクセスのシステムによるヘテロジニアスなネットワークが実用化の段階に至っている。セルラー通信では、第5世代移動通信(5G)が実用化されている。5Gの通信システムでは、1GHz以下の帯域からミリ波帯まで幅広い周波数が利用される。また、スモールセルからマクロセルまで、様々なサイズのセルが重畳するように提供される環境が整備されつつある。 As wireless communication systems develop, heterogeneous networks using multi-band, multi-access systems are reaching the stage of practical application. In cellular communications, fifth-generation mobile communications (5G) has been put to practical use. 5G communications systems use a wide range of frequencies, from sub-1 GHz bands to millimeter wave bands. In addition, an environment is being developed in which cells of various sizes, from small cells to macro cells, are provided in an overlapping manner.
もう一つの代表的な無線アクセスシステムである無線LANでは、2.4/5/60GHz帯の無線周波数が利用されており、更に、6GHz帯の利用も検討されている。スマートフォンなどの無線端末には、セルラーおよび無線LANの双方にアクセスするためのインターフェース(IF)が一般的に与えられている。また、それぞれのIFは複数の周波数帯に対応するように構成されている。 Wireless LANs, another typical wireless access system, use radio frequencies in the 2.4/5/60 GHz bands, and the use of the 6 GHz band is also being considered. Wireless terminals such as smartphones are generally provided with interfaces (IFs) for accessing both cellular and wireless LANs. Furthermore, each IF is configured to support multiple frequency bands.
無線端末は、複数の周波数帯およびアクセス方式から、接続する無線基地局或いはアクセスポイント(AP)を選択して、通信を確立することが一般的となっている。デュアルコネクティビティ等の機能により、1台の無線端末が複数の無線基地局を統合して利用することも行われる。このようなヘテロジニアス環境においては、無線端末がどのIFを用いてどの基地局を選択するかを、システム全体で制御し最適化することが、システムリソースを有効に利用するうえで重要である。 Wireless terminals generally select a wireless base station or access point (AP) to connect to from multiple frequency bands and access methods to establish communications. With functions such as dual connectivity, a single wireless terminal can also use multiple wireless base stations in an integrated manner. In such a heterogeneous environment, it is important to control and optimize across the entire system which IF a wireless terminal uses and which base station it selects in order to make effective use of system resources.
ヘテロジニアスな環境において、システムリソースを有効に利用する技術に関して、例えば下記非特許文献1や非特許文献2は、無線端末とAPとの接続を、強化学習により最適化する手法を開示している。より具体的には、非特許文献2は、Deep Q-Learning、或いはDouble Deep Q-Learningの手法を用いて、複数のIFを用いる無線端末と複数のAPとの接続を最適化する技術を開示している。
Regarding technology for effectively utilizing system resources in a heterogeneous environment, for example, Non-Patent
また、下記非特許文献3は高次元の入力を強化学習で取り扱う手法であるDeep Q-Network(DQN)についての開示を、また、下記非特許文献4はDouble Deep Q-Network(DDQN)についての開示を夫々提供している。 In addition, the following non-patent document 3 discloses Deep Q-Network (DQN), a method for handling high-dimensional inputs using reinforcement learning, and the following non-patent document 4 discloses Double Deep Q-Network (DDQN).
上述した非特許文献に開示されるようなDQNやDDQNの深層強化学習では、ε-greedy法を用いた学習が行われる。ε-greedy法によれば、学習の繰り返し毎に、εの確率で次の行動がランダムに選択される。また、1-εの確率で、その時点の学習結果に基づいて最適と判断される行動が、次の行動として選択される。 In deep reinforcement learning of DQN and DDQN as disclosed in the non-patent literature mentioned above, learning is performed using the ε-greedy method. According to the ε-greedy method, the next action is selected randomly with a probability of ε at each learning iteration. In addition, the action that is judged to be optimal based on the learning results at that time is selected as the next action with a probability of 1-ε.
上記のε-greedy法によれば、1-εの確率で、現時点での最適な行動が選択されると共に、εの確率で、ランダムな行動により新たな「最適」が探索される。このため、この手法によれば、偶然見つかった局所的な最適解に固執せずに真の最適解に向けて学習を進めることができる。 According to the ε-greedy method described above, the current optimal action is selected with a probability of 1-ε, and a new "optimum" is searched for by random actions with a probability of ε. Therefore, this method makes it possible to proceed with learning toward the true optimal solution without getting stuck on a locally optimal solution found by chance.
DQNおよびDDQNで用いられるε-greedy法では、更に、学習が繰り返される毎に、確率εに減衰処理が施される。この処理によれば、学習が進むに連れて、ランダムな行動の選択確率が下がり、最適行動の選択確率が上がる。その結果、学習が進んだ段階での無駄な探索が回避され、最適解への収束に要する時間が短縮される。 The ε-greedy method used in DQN and DDQN also applies a decay process to the probability ε each time learning is repeated. With this process, as learning progresses, the probability of selecting a random action decreases and the probability of selecting an optimal action increases. As a result, unnecessary searches at an advanced learning stage are avoided, and the time required to converge to an optimal solution is shortened.
ところで、マルチバンド・マルチアクセスのテヘロジニアスな環境では、スマートフォンやタブレットのようなモバイル端末が無線端末として用いられることがある。モバイル端末を取り巻く通信環境は、モバイル端末の移動に伴って変化する。また、同じエリアの中に多数の無線端末が存在する場合は、個々の無線端末から発せられる要求の変化が、そのエリアに属する無線端末や無線基地局の負荷に影響を与える。その結果、個々の無線端末を取り巻く通信環境は、他の無線端末の状態によっても大きく変化する。これらの理由により、ヘテロジニアスな環境に置かれた無線端末が、どの無線基地局に対して、どのIFで接続するかに関する最適解は、安定的なものではなく、激しく変化する動的なものとなることがある。 In a multi-band, multi-access heterogeneous environment, mobile terminals such as smartphones and tablets may be used as wireless terminals. The communication environment surrounding the mobile terminal changes as the mobile terminal moves. In addition, when many wireless terminals exist in the same area, changes in the requests from each wireless terminal affect the load on the wireless terminals and wireless base stations belonging to that area. As a result, the communication environment surrounding each wireless terminal changes significantly depending on the state of other wireless terminals. For these reasons, the optimal solution regarding which wireless base station and which IF a wireless terminal placed in a heterogeneous environment should connect to may not be a stable one, but rather a dynamic one that changes drastically.
学習の進行に伴ってεを減衰させる従来の学習手法は、安定した通信環境の下では、早期に最適解を得るうえで有効である。しかしながら、激しく変化する動的な通信環境の下では、εが減衰してしまうと、環境の変化に追随して効率よく最適解を探索することができなくなる。この点で、DQN、DDQN等を用いた従来の学習手法は、動的な通信環境下では、システムリソースを必ずしも有効に利用できないという課題を有していた。 Conventional learning methods that attenuate ε as learning progresses are effective in quickly obtaining an optimal solution in a stable communication environment. However, in a rapidly changing, dynamic communication environment, if ε decays, it becomes impossible to efficiently search for an optimal solution by following environmental changes. In this respect, conventional learning methods that use DQN, DDQN, etc. have the problem that they cannot necessarily use system resources effectively in a dynamic communication environment.
本開示は、上記の課題に着目してなされたものであり、複数の無線端末と複数の基地局等とを含むネットワークにおいて、通信環境の変化に関わらず、システムリソースを常に有効に活用するための無線通信方法、無線端末および無線端末用プログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in light of the above-mentioned problems, and aims to provide a wireless communication method, a wireless terminal, and a program for a wireless terminal that can always effectively utilize system resources in a network including multiple wireless terminals and multiple base stations, regardless of changes in the communication environment.
本開示の第1の態様は、上記の目的を達成するため、複数の無線基地局と無線端末との接続の組合せを決める無線通信方法であって、
前記複数の無線基地局と前記無線端末との接続の状態を検知するステップと、
検知された状態の下で前記無線端末が採用する行動を、確率εでランダムに決定するステップと、
検知された状態の下で前記無線端末が採用する行動を、確率(1-ε)で、価値関数の結果に従って決定するステップと、
採用する行動に対応する要求を前記複数の無線基地局に伝達するステップと、
前記要求に対する前記複数の無線基地局の応答を取得するステップと、
前記応答に基づいて、前記行動に対する報酬を算出するステップと、
前記報酬に基づいて、前記状態の下で前記行動を採用することについての価値を更新するステップと、
更新後の前記価値に基づいて、前記価値関数のパラメータを学習するステップと、
前記無線端末を取り巻く通信環境の変化を検知するステップと、
前記通信環境の変化が検知されない状況下で、前記εに経時的な減衰処理を施すステップと、
前記通信環境の変化が検知された場合に、前記εを初期化するステップと、
を含むことが望ましい。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present disclosure is a wireless communication method for determining a combination of connections between a plurality of wireless base stations and a wireless terminal, the method comprising:
detecting a state of connection between the plurality of wireless base stations and the wireless terminal;
randomly determining with probability ε a behavior to be adopted by said wireless terminal under detected conditions;
determining, with probability (1-ε), an action to be taken by said wireless terminal under the sensed conditions in accordance with a result of a value function;
transmitting a request to said plurality of radio base stations corresponding to an action to be taken;
obtaining responses from the plurality of radio base stations to the request;
calculating a reward for the behavior based on the response;
updating a value for adopting the behavior under the state based on the reward;
learning parameters of the value function based on the updated values;
detecting a change in a communication environment surrounding the wireless terminal;
performing a time-dependent attenuation process on the ε under a condition where a change in the communication environment is not detected;
initializing the ε when a change in the communication environment is detected;
It is preferable that the present invention includes the following:
また、本開示の第2の態様は、複数の無線基地局と接続する機能を有する無線端末であって、
CPUを備え、
前記CPUが、
前記複数の無線基地局と当該無線端末との接続の状態を検知する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率εでランダムに決定する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率(1-ε)で、価値関数の結果に従って決定する処理と、
採用する行動に対応する要求を前記複数の無線基地局に伝達する処理と、
前記要求に対する前記複数の無線基地局の応答を取得する処理と、
前記応答に基づいて、前記行動に対する報酬を算出する処理と、
前記報酬に基づいて、前記状態の下で前記行動を採用することについての価値を更新する処理と、
更新後の前記価値に基づいて、前記価値関数のパラメータを学習する処理と、
当該無線端末を取り巻く通信環境の変化を検知する処理と、
前記通信環境の変化が検知されない状況下で、前記εに経時的な減衰処理を施す処理と、
前記通信環境の変化が検知された場合に、前記εを初期化する処理と、
を実行することが望ましい。
A second aspect of the present disclosure is a wireless terminal having a function of connecting to a plurality of wireless base stations,
A CPU is provided,
The CPU,
A process of detecting a state of connection between the plurality of wireless base stations and the wireless terminal;
a process of randomly determining with probability ε an action to be taken under the detected condition;
determining, with probability (1-ε), the action to be taken under the detected condition according to the result of the value function;
transmitting a request corresponding to an action to be taken to said plurality of wireless base stations;
obtaining responses from the plurality of wireless base stations to the request;
calculating a reward for the behavior based on the response;
updating a value for taking the action under the state based on the reward;
A process of learning parameters of the value function based on the updated value;
A process of detecting a change in a communication environment surrounding the wireless terminal;
a process of performing a time-dependent attenuation process on the ε under a situation where a change in the communication environment is not detected;
A process of initializing the ε when a change in the communication environment is detected;
It is advisable to carry out the following:
また、本開示の第3の態様は、複数の無線基地局と接続する機能を実現するための無線端末用プログラムであって、
無線端末が備えるCPUに、
前記複数の無線基地局と当該無線端末との接続の状態を検知する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率εでランダムに決定する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率(1-ε)で、価値関数の結果に従って決定する処理と、
採用する行動に対応する要求を前記複数の無線基地局に伝達する処理と、
前記要求に対する前記複数の無線基地局の応答を取得する処理と、
前記応答に基づいて、前記行動に対する報酬を算出する処理と、
前記報酬に基づいて、前記状態の下で前記行動を採用することについての価値を更新する処理と、
更新後の前記価値に基づいて、前記価値関数のパラメータを学習する処理と、
当該無線端末を取り巻く通信環境の変化を検知する処理と、
前記通信環境の変化が検知されない状況下で、前記εに経時的な減衰処理を施す処理と、
前記通信環境の変化が検知された場合に、前記εを初期化する処理と、
を実行させるプログラムを含むことが望ましい。
A third aspect of the present disclosure is a program for a wireless terminal for realizing a function of connecting to a plurality of wireless base stations, comprising:
A CPU provided in the wireless terminal,
A process of detecting a state of connection between the plurality of wireless base stations and the wireless terminal;
a process of randomly determining with probability ε an action to be taken under the detected condition;
determining, with probability (1-ε), the action to be taken under the detected condition according to the result of the value function;
transmitting a request corresponding to an action to be taken to said plurality of wireless base stations;
obtaining responses from the plurality of wireless base stations to the request;
calculating a reward for the behavior based on the response;
updating a value for taking the action under the state based on the reward;
A process of learning parameters of the value function based on the updated value;
A process of detecting a change in a communication environment surrounding the wireless terminal;
a process of performing a time-dependent attenuation process on the ε under a situation where a change in the communication environment is not detected;
A process of initializing the ε when a change in the communication environment is detected;
It is preferable that the program include a program for executing the above.
本開示によれば、複数の無線端末と複数の基地局等とを含むネットワークにおいて、通信環境の変化に関わらず、接続の組合せを最適な状態に更新し続けることができる。このため、本開示によれば、ヘテロジニアスな環境下で、システムリソースを常に有効に活用することができる。 According to the present disclosure, in a network including multiple wireless terminals and multiple base stations, etc., it is possible to continually update the connection combination to an optimal state regardless of changes in the communication environment. Therefore, according to the present disclosure, it is possible to always effectively utilize system resources in a heterogeneous environment.
実施の形態1.
[実施の形態1の全体構成]
図1は、本開示の実施の形態1の無線通信システム10の全体構成を説明するための図である。図1に示すように、無線通信システム10は、有線通信のネットワーク12を含んでいる。ネットワーク12には、スイッチ14を介して複数の無線基地局16が接続されている。無線基地局16は、ネットワーク12を介して、また無線の経路を介して、他の無線基地局16と通信することができる。
[Overall Configuration of First Embodiment]
Fig. 1 is a diagram for explaining an overall configuration of a
図1に示す無線通信システム10は、複数の無線端末18を含んでいる。本実施形態において、無線端末18は、スマートフォン、或いはタブレット端末のようなモバイル端末を含んでいるものとする。
The
無線端末18は、夫々、無線通信用のアプリケーションとIFを、複数組み備えている。例えば、無線端末18は、1GHz以下での通信に用いるアプリケーション並びにIF、ミリ波帯での通信に用いるアプリケーション並びにIF、更には、無線LANで用いられる2.4/5/60GHz帯での通信に用いるアプリケーション並びにIFを備えている。
Each
上述した無線基地局16にも、それらに対応するIF等が備わっている。そして、個々の無線端末18は、上記のアプリケーションおよびIFを介して、単一または複数の無線基地局16と無線で通信することができる。これにより、本実施形態の無線通信システム10は、マルチバンド・マルチアクセスによるヘテロジニアスなネットワークとしての機能を実現する。
The above-mentioned
尚、本実施形態の無線通信システム10は、通信事業者が設置するセルラー通信用の無線基地局に加えて、無線LANのアクセスポイント(AP)にも対応している。以下、便宜上「無線基地局16」は両者を包括するものとして説明を進める。
The
[実施の形態1の特徴]
次に、図2乃至図9を参照して、本実施形態における無線端末18の特徴を説明する。以下の説明では、無線基地局16および無線端末18が、第一の周波数帯域での通信に対応するインターフェースIF1と、第二の周波数帯域での通信に対応するインターフェースIF2を備えていることとする。IF1は、例えば、1GHz以下の周波数帯に対応するインターフェースであり、IF2は、例えば、ミリ波帯の周波数に対応するインターフェースである。
[Features of the First Embodiment]
Next, features of the
また、以下の説明では、無線端末18を複数の中の特定の一台として指し示す必要がある場合は、符号kを用いて「無線端末18k」のように表示する。更に、複数の無線基地局16の夫々を区別して説明する必要がある場合は、16-1、16-2のように添え字を付した符号を用いることとする。
In the following description, when it is necessary to indicate a
図2は、無線端末18kが、二台の無線基地局16-1、16-2に帰属している様子を示している。無線端末18kは、自己を取り巻く通信環境において、チャネル品質の状態を表すRSSI(Received Signal Strength Indicator)を計測する。そして、RSSIが示す強度が高い順にBmax個の無線基地局16を通信の対象として選択する。図2は、それらBmax個の無線基地局16のうち、無線端末18kが無線基地局16-1および16-2と接続している状態を示している。
2 shows a state where a
無線端末18kおよび無線基地局16は、上記の通り、異なる帯域に対応する二つのインターフェース、IF1およびIF2を備えている。Bmax個の無線基地局16が通信の対象であるとすれば、無線端末18kが備える二つのIFと、Bmax個の無線基地局16が備える二つのIFとの間に成立し得る可能な組み合わせの数が、状態空間のサイズとなる。図2に示す例では、無線端末18kが、IF1で第一の無線基地局16-1に帰属し、IF2で第二の無線基地局16-2に帰属する状態が形成されている。
As described above, the
図3は、マルチバンド・マルチアクセスによるヘテロジニアスな環境下で、無線端末18kが移動している様子を示している。先ず、無線端末18kが、図中最も左の位置に存在する環境を想定する。この環境において、無線端末18kが、無線基地局16-1および16-2に帰属する状態が最適であれば、無線端末18kからの接続要求は、その状態が実現されるように発せられることが望ましい。
3 shows a state where a
しかしながら、無線端末18kが、図中最も左の位置から、図の中央、更には図の右側へと移動すれば、最適な接続の組合せは、当初の組合せから変化する。同様の変化は、無線端末18kと同じ環境に属する他の無線端末18(図示略)の移動や、それらからの要求データレートの変化等によっても生ずる。このため、無線端末18kは、通信環境が変化した場合には、変化後の環境下に最適な組み合わせで、接続要求を発することが望ましい。 However, if the wireless terminal 18k moves from the leftmost position in the figure to the center of the figure, or even to the right side of the figure, the optimal connection combination will change from the original combination. Similar changes also occur due to the movement of other wireless terminals 18 (not shown) that belong to the same environment as the wireless terminal 18k , or changes in the requested data rates from them, etc. For this reason, when the communication environment changes, it is desirable for the wireless terminal 18k to issue a connection request with a combination that is optimal for the changed environment.
本実施形態において、無線端末18は、接続を求める無線基地局16並びにIFを、Deep Q-Network(DQN)またはDouble Deep Q-Network(DDQN)を用いて決定する。このため、ここで用いられるDQN或いはDDQNは、安定した通信環境の下では、その環境に最適な状態に早期に収束し、かつ、動的な通信環境の下では、迅速に環境変化に追随するものであることが望まれる。
In this embodiment, the
図4は、無線基地局16の一例を機能的に説明するためのブロック図である。無線基地局16は、アンテナ部20を備えている。アンテナ部20は、無線基地局16が、他の無線基地局16並びに周囲の無線端末18と無線信号を授受するために用いられる。
Figure 4 is a block diagram for functionally explaining an example of a
アンテナ部20は、無線通信部22に接続されている。無線通信部22は、高周波の信号を処理するRF(Radio Frequency)部24と、無線通信におけるメディアアクセス制御の機能を備えたMAC(Media Access Control)機能部26とを備えている。無線通信部22は、複数の周波数帯域に対応する機能、具体的には、1GHz以下に対応するIF1としての機能と、ミリ波帯の周波数に対応するIF2としての機能を、共に実現することができるように構成されている。
The
無線基地局16は、また、品質測定部28を備えている。品質測定部28は、無線環境測定部30とトラヒック測定部32を備えている。無線環境測定部30は、無線基地局16を取り巻く無線通信の環境に関わる情報を取得する。トラヒック測定部32は、無線基地局16と無線端末18との間のトラヒックに関わる情報を取得する。品質測定部28は、それらの情報に基づいて、無線基地局16と無線端末18との間の通信品質の情報を算出する。通信品質情報には、例えば、無線端末18からの受信電力、無線端末18の要求データレート、現実の伝送レート、および無線基地局16における帯域使用率等が含まれる。
The
無線基地局16は、通信IF部34を備えている。通信IF部34は、ネットワーク12を経由する有線での通信に用いられる。無線基地局16は、通信IF部34を経由する有線通信により、或いは無線通信部22およびアンテナ部20を経由する無線通信により、他の無線基地局16が取得した通信品質情報を取得することができる。他の無線基地局16から取得した通信品質情報は、自らが取得した通信品質情報と共に、品質測定部28において一元的に管理される。
The
無線基地局16は、情報通知部36を備えている。情報通知部36は、品質測定部28に集約された通信品質情報を読み出すことができる。情報通知部36は、読み出した通信品質情報を、通信IF部34並びに無線通信部22に提供することができる。これにより、無線基地局16は、有線または無線の経路で、自らが保有する通信品質情報を他の無線基地局16に提供することができる。
The
無線基地局16は、無線通信部22およびアンテナ部20を介して、周辺に位置する無線端末18から帰属要求を受け付ける。帰属要求は、要求情報評価部38で処理される。要求情報評価部38は、無線端末18が要求する帯域およびデータレート、更には自らの負荷状態等に基づいて帰属の可否を判断する。
The
要求情報評価部38による判断の結果は、要求応答通知部40と、帰属情報記録部42に送られる。要求応答通知部40は、無線通信部22およびアンテナ部20を介して、帰属要求を発した無線端末18に向けて、帰属の可否に関する判断結果を提供する。帰属情報記録部42は、その判断の結果に基づいて、無線基地局16に如何なる無線端末18が帰属しているのかに関する情報を更新および記録する。
The result of the determination by the request
図5は、無線端末18の一例を機能的に説明するためのブロック図である。無線端末18は、アンテナ部44および無線通信部46を備えている。無線通信部46は、RF部24およびMAC機能部50を備えている。これらの機能は、無線基地局16が備える対応ブロックの機能と実質的に同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
Figure 5 is a block diagram for explaining the functions of an example of a
無線端末18は、制御情報算出部52を備えている。制御情報算出部52は、無線通信部46およびアンテナ部44を介して、帰属先の無線基地局16から通信品質情報を取得する。そして、制御情報算出部52は、通信品質情報に基づいて、DQNまたはDDQNの手法により、複数の無線通信用のIFの夫々を、どの無線基地局16に接続させるのが最適な行動akであるかを決める処理と、そのための学習とを行う。
The
制御情報算出部52は、状態算出部54を備えている。状態算出部54では、通信品質情報に基づいて、DQNまたはDDQNの入力層に提供する状態Sk(t)が算出される。
The control
制御情報算出部52は、また、報酬算出部56を備えている。報酬算出部56は、通信品質情報に基づいて、採用された行動ak(t)により得られる報酬Γk(t)を算出する。
The control
制御情報算出部52は、更に、DQN/DDQN更新部58を備えている。DQN/DDQN更新部58では、強化学習に用いられるDQNまたはDDQNのパラメータθが更新される。より具体的には、DQNまたはDDQNの価値関数としての特徴を決める重み付けの係数w等が更新される。
The control
DQN/DDQN更新部58によって更新されたDQNまたはDDQNは、帰属先算出部60において用いられる。即ち、帰属先算出部60は、更新後のDQNまたはDDQNに従って、今回採用するべき行動ak(t)、つまり、どのIFをどの無線基地局16に帰属させるべきかを算出する。
The DQN or DDQN updated by the DQN/
DQNおよびDDQNは、入力層に状態Sk(t)が与えられると、無線端末18が採り得る行動ak(t)の夫々について、採用の価値を出力層に表出させる。従って、その価値が最も大きい値となる行動を選択すれば、現在の学習段階において最適と考えられる行動を選択することができる。但し、次の行動ak(t)が常に上記の価値に基づいて選択されるとすると、偶然選ばれた局所的な解に囚われてしまい、真の最適行動が永遠に選択されない事態に陥ることがある。
In DQN and DDQN, when a state S k (t) is given to the input layer, the value of adoption for each of the actions a k (t) that the
帰属先算出部60は、そのような事態の発生を避けるため、ε-greedy法に従って行動ak(t)を算出する。このため、帰属先算出部60では、確率εで、DQNまたはDDQNによらずランダムに次の行動ak(t)が選択される。また、確率1-εで、DQNまたはDDQNが最適と判断する行動ak(t)が選択される。 In order to avoid such a situation, the assignment calculation unit 60 calculates the action a k (t) according to the ε-greedy method. Therefore, the assignment calculation unit 60 randomly selects the next action a k (t) with a probability ε, regardless of whether it is DQN or DDQN. Also, the assignment calculation unit 60 selects the action a k (t) that DQN or DDQN judges to be optimal with a probability of 1-ε.
更に、帰属先算出部60は、学習が繰り返される毎に、εに減衰処理を施す。偶然選ばれた局所的解に陥る可能性は、学習初期の段階で大きく、学習が進行するに連れて小さくなる。このため、ランダムに行動ak(t)を選択する必要性は、学習が進むに連れて小さくなる。εに減衰処理を施すと、その必要性の低下に合わせて、行動ak(t)がランダムに選択される頻度を下げることができる。このため、本実施形態の帰属先算出部60によれば、効率よく学習を進めて、パラメータθを短期間で最適値に収束させることができる。 Furthermore, the destination calculation unit 60 performs a decay process on ε each time learning is repeated. The possibility of falling into a local solution selected by chance is large in the early stages of learning and decreases as learning progresses. Therefore, the necessity of randomly selecting an action a k (t) decreases as learning progresses. By performing a decay process on ε, the frequency with which the action a k (t) is randomly selected can be reduced in line with the decrease in the necessity. Therefore, according to the destination calculation unit 60 of this embodiment, learning can be efficiently advanced and the parameter θ can be converged to an optimal value in a short period of time.
但し、本実施形態の無線通信システム10では、無線端末18が移動することにより、或いは、周辺に位置する他の無線端末18が要求する帯域やデータレートが変化することにより、無線端末18を取り巻く通信環境が大きく変化することがある。そして、通信環境が変化すれば、変化前の最適値であったパラメータθが、最適値でなくなることがある。
However, in the
このような状況下、つまり、新たな最適を探索する必要がある状況下では、次の行動ak(t)がランダムに採用される頻度が高いことが望ましい。そして、学習の進行に伴ってεが減衰してしまっている状況では、そのような要求に応えることができない。 In such a situation, that is, in a situation where a new optimum needs to be searched for, it is desirable that the next action a k (t) is adopted randomly with high frequency. However, in a situation where ε is decaying as the learning progresses, such a requirement cannot be met.
本実施形態の無線端末18は、上記の要求に応えるべく、環境変化検出部62と、ε初期化判断部64を備えている。環境変化検出部62は、無線端末18を取り巻く通信環境の変化を検出する。例えば、無線端末18がアクセスできる無線基地局16の組み合わせが変化した場合、或いは、無線基地局16側で利用可能なIFの組み合わせが変化した場合において、環境変化検出部62は、無線端末18を取り巻く通信環境が変化したと判断する。
To meet the above requirements, the
ε初期化判断部64は、無線端末18を取り巻く通信環境の変化が検知された場合に、εの初期化が必要であると判断する。ε初期化判断部64の判断は、帰属先算出部60に提供される。そして、帰属先算出部60は、ε初期化の判断を受けると、減衰していたεを初期化により元の値に戻す。これにより、次の行動ak(t)がランダムに決定される確率εが高まり、新たな最適を探索する頻度が高められる。このため、本実施形態の帰属先算出部60によれば、無線端末18を取り巻く通信環境が変化する環境下で、DQNおよびDDQNのパラメータをその変化に適切に追随させることができる。
The ε
無線端末18は、メモリ部66を備えている。メモリ部66は、下記の情報を経験ek(t)として格納する。
1.今回の学習でDQNまたはDDQNの入力層に提供された状態Sk(t)、
2.その状態Sk(t)に応じて決定された行動ak(t)、
3.その行動ak(t)により得られた報酬Γk(t)、
4.その行動ak(t)により遷移した先の状態Sk(t+1)。
The
1. The state S k (t) provided to the input layer of DQN or DDQN in this learning,
2. Action a k (t) determined according to the state S k (t),
3. The reward Γ k (t) obtained by the action a k (t),
4. State S k (t+1) to which the transition is made by the action a k (t).
無線端末18は、また、帰属先要求部68を備えている。帰属先要求部68は、帰属先算出部60から行動ak(t)を受け取り、その行動ak(t)に対応するリクエストを生成する。例えば、無線端末18をIF1で無線基地局16-1に接続する、或いは、無線端末18をIF2で無線基地局16-2に接続する、といったリクエストを生成する。生成されたリクエストは、無線通信部46およびアンテナ部20を介して、単一または複数の無線基地局16に送信される。
The
無線端末18は、帰属先記録部70を備えている。無線基地局16から受け取る情報には、リクエストに対する可否の応答が含まれている。例えば、その情報には、新たな接続を許可する旨の応答、或いは接続の更新を許可する旨の応答等が含まれている。帰属先記録部70は、これらの応答に基づいて、帰属先の無線基地局16についての情報を更新して記録する。
The
図6は、無線端末18のハードウェア構成を説明するための図である。ここでは、無線端末18がスマートフォンである場合について説明する。但し、無線端末18は、スマートフォンに限定されるものではなく、タブレット端末や汎用のコンピュータシステムであってもよい。
Figure 6 is a diagram for explaining the hardware configuration of the
無線端末18は、CPU(Central Processing Unit)72を備えている。CPU72は、バス配線74を介して、無線端末18が備える各種のハードウェア要素と接続されている。バス配線74には、例えば、ROM(Read Only Memory)76、RAM(Random Access Memory)78、ストレージ80等の各種メモリ装置が接続されている。
The
ストレージ80は、フラッシュROM等の不揮発性メモリを含んでいる。各種のアプリケーションの実行に必要なプログラムやデータは、ストレージ80に格納されている。上述したメモリ部66および帰属先記録部70は、ストレージ80により実現される。また、CPU72は、ストレージ80に格納されているプログラムに沿って処理を進めることにより、図5に示す制御情報算出部52、環境変化検出部62およびε初期化判断部64等の機能を実現する。
The
無線端末18は、通信インターフェース82を備えている。通信インターフェース82は、上記のアンテナ部44および無線通信部46に相当する。無線端末18は、更に、操作部84および表示部86を備えている。操作部84は、各種の機械的なスイッチ機構および電子的なセンサ機構に加えて、表示部86と一体化されたタッチパネルを含んでいる。
The
[DQNの概要]
図7は、DQNの概要を説明するための図である。以下、図7を参照して、無線端末18kが用いる深層強化学習の一例であるDQNの概要を説明する。本実施形態で用いられるDQNは、入力層と、隠れ層と、出力層を有している。また、DQNには、現時点tの学習状態に対応するパラメータθi
tが設定されている。DQNの価値関数としての特性は、パラメータθi
tにより決定される。
[Overview of DQN]
Fig. 7 is a diagram for explaining an overview of DQN. Hereinafter, an overview of DQN, which is an example of deep reinforcement learning used by the
図7において、DQNの入力層は、M個のノードS1~SMを有している。これらのノードには、無線端末18kの状態Skを構成する要素が夫々入力される。状態Skの要素には、例えば、以下のような要素が含まれる。
1.無線基地局16-bの帯域利用率φb、
2.無線端末18kのインターフェースfの要求データレートRkf、
3.無線端末18kと無線基地局16-bとの帰属の関係xbkf(帰属していれば1,そうでなければ0)
4.無線端末18kのインターフェースfの無線基地局16-bに対する帰属の要求abkf(要求有りなら1、そうでなければ0)、
5.無線端末18kのインターフェースfと無線基地局16-bとの間に成立している伝送レートrbkf。
7, the input layer of the DQN has M nodes S 1 to S M. Elements constituting the state S k of the
1. Bandwidth utilization rate φb of wireless base station 16-b,
2. The required data rate R kf of the interface f of the
3. The relationship x bkf between the
4. A request a bkf for association of the interface f of the
5. The transmission rate r bkf established between the interface f of the
隠れ層の層数とノード数は任意である。出力層は、無線端末18kが、状態Skの下で取ることのできる行動aiの総数Nと等しいノード数を有している。行動aiの一部を以下に例示する。
・IF1だけを無線基地局16-1に帰属させる。
・IF1およびIF2の双方を無線基地局16-1に帰属させる。
・IF2だけを無線基地局16-1に帰属させる。
・IF1を無線基地局16-1に帰属させ、IF2を無線基地局16-2に帰属させる。
・
・
・
The number of hidden layers and the number of nodes are arbitrary. The output layer has a number of nodes equal to the total number N of actions ai that the wireless terminal 18k can take in the state Sk . Some of the actions ai are shown below.
-Only IF1 is associated with the wireless base station 16-1.
Both IF1 and IF2 are associated with the wireless base station 16-1.
- Only IF2 is associated with the wireless base station 16-1.
- IF1 is associated with the wireless base station 16-1, and IF2 is associated with the wireless base station 16-2.
・
・
・
出力層の各ノードには、無線端末18kが取り得る行動ai(i=1~N)の夫々についてのQ値=Q(Sk,ai;θi
t)が表出する。Q値は、パラメータθi
tの下でDQNが算出した行動aiについての採用価値である。
Each node in the output layer displays a Q value = Q (S k , a i ; θ i t ) for each action a i (i = 1 to N) that the
DQNを用いる手法では、出力層に表れたQ値の中から最も大きな値を選択して、そのQ値を生じさせる行動aiを、現時点tでの最適な行動ak(t)と決定する。DQNによれば、このようにして、個々の学習段階において、その時点tで最適と判断できる行動ak(t)を決定することができる。 In the method using DQN, the largest value is selected from the Q values appearing in the output layer, and the action a i that produces that Q value is determined as the optimal action a k (t) at the current time t. In this way, according to DQN, it is possible to determine the action a k (t) that can be determined as optimal at the time t in each learning stage.
図8は、無線端末18kの制御情報算出部52がDQNのパラメータθiを更新する流れを説明するため図である。尚、図8では、行動ak(t)を、便宜上DQN/DDQNの後段に示しているが、行動ak(t)がDQNまたはDDQNにより決定されるのは、上記の通り確率1-εの場合に限られる。そして、確率εの下では、行動ak(t)がランダムに決定される。パラメータθiには、それら双方の場合に得られた経験ek(t)が反映される。
Fig. 8 is a diagram for explaining the flow in which the control
無線端末18kでは、行動ak(t)が決定された後、その行動ak(t)に対する報酬Γk(t)が算出される。報酬Γk(t)は、例えば、次式(1)により算出される。
After the action a k (t) is determined in the
上記(1)式中、右辺第一項は加点項目であり、第二項は減点項目である。両者に付されたω1k、ω2kは、それらに対する配分比率を決める係数である。また、νは、IF1が対応するべき1GHz以下(sub)の項と、IF2が対応するべきミリ波(mW)の項とを区別するための識別子である。 In the above formula (1), the first term on the right side is a point-adding item, and the second term is a point-deducting item. ω 1k and ω 2k attached to both are coefficients that determine the allocation ratio for them. Also, ν is an identifier for distinguishing between the 1 GHz or lower (sub) term that IF1 should support and the millimeter wave (mW) term that IF2 should support.
更に、上記(1)式中、右辺第一項中のc1k νは、要求データレートRkfを満たす伝送レートrbkfが得られた場合の加点分を意味している。その値は、次式(2)により算出される。 Furthermore, in the above formula (1), c 1k ν in the first term on the right side means the added point when a transmission rate r bkf that satisfies the required data rate R kf is obtained. The value is calculated by the following formula (2).
上記(2)式は、以下の場合に、伝送レートrbkfに応じた加点rbkf/Wνが与えられることを意味している。但し、末項中のWνは(sub)と(mW)の周波数帯の違いを相殺して正規化するための因子である。
1.無線端末18kのインターフェースfが無線基地局16-bへの帰属を要求していること(abkf(t)=1)。
2.無線端末18kのインターフェースfの帰属を無線基地局16-bが認めており(xbkf=1)、かつ、要求データレートRkfを超える伝送レートrbkfが得られていること(rbkf(t)>Rkf)。
The above formula (2) means that an additional point r bkf /W v according to the transmission rate r bkf is given in the following cases: where W v in the last term is a factor for offsetting and normalizing the difference between the (sub) and (mW) frequency bands.
1. The interface f of the
2. The wireless base station 16-b recognizes the association of the interface f of the wireless terminal 18k ( xbkf = 1), and a transmission rate rbkf exceeding the requested data rate Rkf is obtained ( rbkf (t)> Rkf ).
上記(1)式中、右辺第二項中のc2k
νは、以下の二つの場面における減点分を意味している。
1.帰属の要求が出され(abkf(t)=1)、帰属は許可されたが(xbkf(t)=1)、要求データレートRkfを満たす伝送レートrbkfが得られなかった場合(rbkf(t)<Rkf)。
2.帰属の要求が出されたが(abkf(t)=1)、無線基地局16から帰属がドロップされてしまった場合(xbkf
ν(t)=0)。
In the above formula (1), c 2k ν in the second term on the right side means the point deduction in the following two cases.
1. A request for association is made (a bkf (t)=1) and association is granted (x bkf (t)=1), but a transmission rate r bkf that satisfies the requested data rate R kf is not available (r bkf (t)<R kf ).
2. An association request is made (a bkf (t)=1), but the association is dropped by the radio base station 16 (x bkf v (t)=0).
(sub)の場合の減点c2k subは、例えば下記(3)式のように表すことができる。また、(mW)の場合の減点c2k mWは、例えば下記(4)式および(5)式のように表すことができる。 The deduction point c 2k sub in the case of (sub) can be expressed, for example, as in the following formula (3). Also, the deduction point c 2k mW in the case of (mW) can be expressed, for example, as in the following formulas (4) and (5).
このように、行動ak(t)の結果として要求データレートRkfを満たす伝送レートrbkf(t)が得られれば報酬Γk(t)は大きな値となる。他方、十分な伝送レートrbkf(t)が得られなければ、報酬Γk(t)は小さな値となる。 In this way, if the action a k (t) results in a transmission rate r bkf (t) that satisfies the required data rate R kf , the reward Γ k (t) will be a large value. On the other hand, if a sufficient transmission rate r bkf (t) is not obtained, the reward Γ k (t) will be a small value.
報酬Γk(t)が算出されると、今回の経験ek(t)がメモリに格納される(ステップ88)。具体的には、現在の状態Sk(t)、選択された行動ak(t)、得られた報酬Γk(t)、並びに遷移後の状態Sk(t+1)が、経験ek(t)としてメモリに格納される。 Once the reward Γk (t) is calculated, the current experience e (t) is stored in memory (step 88). Specifically, the current state S (t), the selected action a (t), the obtained reward Γk (t), and the state S (t+1) after the transition are stored in memory as the experience e (t).
サンプルの系列に時間的な相関があると学習が適切に進まないことがある。この問題を解決するために、パラメータθiの更新にあたっては、メモリに格納された経験ekからランダムにメモリサンプルを取得し、それらをバッチ的に処理する(ステップ90)。 If there is a time correlation in the sample sequence, learning may not proceed properly. To solve this problem, when updating the parameter θ i , memory samples are randomly taken from the experience e k stored in the memory and processed in batches (step 90).
ランダムに取得したメモリサンプル、つまり(Sk、ak、Γk、Sk´)を含む経験ekを用いて、DQN/DDQNのパラメータθiを更新する(ステップ92)。但し、Sk´は、行動akにより遷移した先の状態を指すものとする。本ステップ92の処理は、具体的には、以下のように進められる。
The parameter θi of the DQN/DDQN is updated using the randomly acquired memory sample, i.e., the experience e k including (S k , a k , Γ k , S k ′) (step 92). Here, S k ′ refers to the state to which the transition is made by the action a k . Specifically, the process of this
行動akに対する報酬Γkが決まると、その報酬Γkに基づいて、状態Skの下で行動akを選択することについての「新たなQ値」=Q(Sk,ak)が算出できる。新たなQ値は、例えば下記(6)式のように算出される。 When the reward Γ k for the action a k is determined, a "new Q value" = Q(S k , a k ) for selecting the action a k in the state S k can be calculated based on the reward Γ k . The new Q value is calculated, for example, as shown in the following formula (6).
Q(Sk,ak)←Γk+γ*maxQ(Sk´,ak´) ・・・(6)
但し、γは時間割引率である。
Q(S k , a k )←Γ k +γ*maxQ(S k ′, a k ′) ・・・(6)
where γ is the time discount rate.
上記(6)式の右辺、Γk+γ*maxQ(Sk´,ak´)は、(Sk,ak)の組合せに対して、「学習後のDQN」にQ値として算出して貰いたい値である。従って、DQNのパラメータθiは、(Sk,ak)の入力に対して出力層にその値が表出するように更新すればよい。 The right-hand side of the above equation (6), Γk +γ*maxQ(Sk ' , ak '), is the value that you want the "trained DQN" to calculate as the Q value for the combination of ( Sk , ak ). Therefore, the parameter θi of the DQN can be updated so that the value appears in the output layer for the input of ( Sk , ak ).
下記(7)式は、本実施形態においてDQNのパラメータθiを更新する際に用いる損失関数Lkを示す。 The following equation (7) shows a loss function L k used when updating the DQN parameter θ i in this embodiment.
但し、上記(7)式、右辺第一項のQ(Sk,ak;θi)は、パラメータθiを持つメインネットワークが(Sk,ak)の組合せに対して算出するQ値である。また、右辺第二項中のQ(Sk´,ak´;θi ―)は、パラメータθi ―を持つターゲットネットワークが(Sk´,ak´)の組合せに対して算出するQ値である。 In the above formula (7), Q( S , a ; θ ) in the first term on the right side is the Q value calculated by the main network having the parameter θi for the combination of (S, a ), and Q( S ' , a ' ; θ- ) in the second term on the right side is the Q value calculated by the target network having the parameter θ- for the combination of (S ' , a ' ).
DQNを更新する際に、更新するネットワークの値を更新中のネットワークで計算すると、学習が安定しないことがある。このため、DQNの更新では、更新対象であるメインネットワークの他に、更新値を計算するためのターゲットネットワークを用いるのが通常である。本実施形態においても、上記通常の手法に従い、新たなQ値に当たる(7)式第二項は、ターゲットネットワークを用いて計算する。 When updating a DQN, if the network values to be updated are calculated using the network being updated, learning may not be stable. For this reason, when updating a DQN, it is common to use a target network for calculating the update values in addition to the main network to be updated. In this embodiment, the second term of equation (7), which corresponds to the new Q value, is calculated using the target network, following the above-mentioned normal method.
本ステップ92では、上記(7)式に示す損失関数Lkが最小化されるように、DQNのパラメータθi、つまりメインネットワークのパラメータθiが更新される。その結果、DQNは、状態Skの入力に対して、行動akのQ値として、上記(6)式右辺の値を表出するように学習される。
In this
ターゲットネットワークは、更新の直後を除いて、過去のメインネットワークと同一である。そして、ターゲットネットワークは、既定の周期で更新される(ステップ94)。即ち、既定の周期で更新時期が到来すると、ターゲットネットワークのパラメータθi ―が、メインネットワークのパラメータθiにより上書きされる。以上の処理により、DQNの更新が完了する。 The target network is the same as the previous main network except immediately after the update. The target network is then updated at a predetermined cycle (step 94). That is, when the time for updating arrives at the predetermined cycle, the parameter θ i of the target network is overwritten by the parameter θ i of the main network. The above process completes the update of the DQN.
尚、下記(8)式は、本実施形態で、DDQNの手法が用いられる場合に、上記ステップ92において用いられる損失関数Lkを示す。更新の原理は、DQNの場合と同様であるため、これについての詳細は説明は省略する。
In addition, the following formula (8) shows the loss function L k used in the
[無線端末のCPUによる処理]
図9は、上記の機能を実現するために無線端末18のCPU72において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
[Processing by the wireless terminal CPU]
FIG. 9 is a flowchart for explaining the flow of the process executed by the
図9に示すルーチンでは、先ず、無線端末18を取り巻く通信環境が確認される(ステップ100)。具体的には、アクセス可能な無線基地局16が、インターフェース毎に確認される。
In the routine shown in FIG. 9, first, the communication environment surrounding the
次に、通信環境に変化が認められたか否かが判別される(ステップ102)。 Next, it is determined whether a change has been detected in the communication environment (step 102).
その結果、変化が認められないと判別された場合は、ε係数の減衰処理が行われる(ステップ104)。 If it is determined that no change has been observed, the ε coefficient is attenuated (step 104).
一方、通信環境の変化が認められた場合は、ε係数が初期値にリセットされる(ステップ106)。これにより、減衰していたεが元の値に復帰する。 On the other hand, if a change in the communication environment is detected, the ε coefficient is reset to its initial value (step 106). This causes the attenuated ε to return to its original value.
次に、0~1の範囲に収まる乱数を発生させる。更に、その乱数がε以下であるかが判別される(ステップ108)。 Next, a random number between 0 and 1 is generated. It is then determined whether the random number is less than or equal to ε (step 108).
乱数≦εの成立が認められた場合は、現在の状態Sk(t)に対して、次の行動ak(t)がランダムに決定される(ステップ110)。 If it is determined that the random number≦ε holds, the next action a k (t) for the current state S k (t) is randomly determined (step 110).
これに対して、上記ステップ108で乱数≦εの成立が認められなかった場合は、DQNの入力層に状態Sk(t)が入力される(ステップ112)。そして、DQNの出力層に表れたQ値が比較され、最も大きなQ値を示す行動ai(t)が、現時点での最適な行動ak(t)として選択される(ステップ114)。
On the other hand, if it is not determined in
次に、上記の処理により選択された行動ak(t)に基づいて、周囲の無線基地局16に対して帰属のリクエストが出される(ステップ116)。 Next, based on the action a k (t) selected by the above process, an association request is issued to the surrounding wireless base stations 16 (step 116).
リクエストに対する応答を受信すると、その応答に含まれている情報に基づいて、選択した行動ak(t)に対する報酬Γk(t)が算出される(ステップ118)。 When a response to the request is received, a reward Γ k (t) for the selected action a k (t) is calculated based on the information contained in the response (step 118).
次いで、メモリ部66を構成するRAM78に、今回のルーチンで取得した経験ek(t)、即ち、(Sk(t)、ak(t)、Γk(t)、Sk(t+1))のセットが格納される(ステップ120)。
Next, the experience e k (t) acquired in the current routine, that is, the set of (S k (t), a k (t), Γ k (t), S k (t+1)), is stored in the
以後、バッチ処理によるDQNの更新が実行されて(ステップ122)、今回のルーチンが終了される。 Then, the DQN is updated through batch processing (step 122), and this routine ends.
以上説明した通り、本実施形態の無線通信システム10によれば、複数の無線端末18と複数の無線基地局16とを含むヘテロジニアスな環境において、DQN、DDQN等のニューラルネットワークを用いて接続状態を管理することができる。そして、ε-greedy法を用いることで、そのネットワークの学習を早期に収束させることができる。更に、通信環境が変化した場合にεを初期化することで、そのネットワークの価値関数としての特徴を、適切に変化後の状況に追随させることができる。このため、本実施形態の構成によれば、無線通信に関わるシステムリソースを常に有効に活用し続けることができる。
As described above, according to the
ところで、上述した実施の形態1では、無線端末18および無線基地局16が、無線通信に二つのIFを用いることとしているが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、無線通信用のIFは三つ以上であってもよい。更には、無線通信用のIFには、ライセンス帯を対象とするものと、無線LAN等に用いる非ライセンス帯を対象とするものとが混在していてもよい。或いは、無線通信用のIFは一つだけとして、DQN等の深層強化学習は、無線端末18が、どの無線基地局16に接続を求めるのが最適かを決定するために用いることとしてもよい。
In the above-described first embodiment, the
また、上述した実施の形態1では、行動を決める価値関数として、DQNまたはDDQNを用いることとしている。しかしながら、それらはあくまで例示であり、本開示はこれに限定されるものではない。特定の状態の下で取り得る行動毎の価値を判断することのできるものであれば、何れも本開示の価値関数として用いることができる。 In addition, in the above-mentioned first embodiment, DQN or DDQN is used as the value function that determines the action. However, these are merely examples, and the present disclosure is not limited to these. Any function that can determine the value of each action that can be taken under a specific state can be used as the value function of the present disclosure.
10 無線通信システム
16、16-1、16-2、16-3 無線基地局
18、18k 無線端末
52 制御情報算出部
60 帰属先算出部
62 環境変化検出部
64 ε判断部
Γk(t) 報酬
ak(t) 行動
ek(t) 経験
Sk(t) 状態
Sk(t+1) 遷移後の状態
Rkf 要求データレート
rbkf 伝送レート
10
Claims (8)
前記複数の無線基地局と前記無線端末との接続の状態を検知するステップと、
検知された状態の下で前記無線端末が採用する行動を、確率εでランダムに決定するステップと、
検知された状態の下で前記無線端末が採用する行動を、確率(1-ε)で、価値関数の結果に従って決定するステップと、
採用する行動に対応する要求を前記複数の無線基地局に伝達するステップと、
前記要求に対する前記複数の無線基地局の応答を取得するステップと、
前記応答に基づいて、前記行動に対する報酬を算出するステップと、
前記報酬に基づいて、前記状態の下で前記行動を採用することについての価値を更新するステップと、
更新後の前記価値に基づいて、前記価値関数のパラメータを学習するステップと、
前記無線端末を取り巻く通信環境の変化を検知するステップと、
前記通信環境の変化が検知されない状況下で、前記εに経時的な減衰処理を施すステップと、
前記通信環境の変化が検知された場合に、前記εを初期化するステップと、
を含み、
前記価値関数は、入力層に状態が与えられると、前記無線端末が採り得る行動の夫々について、採用の価値を出力層に表出させるものである無線通信方法。 A wireless communication method for determining a combination of connections between a plurality of wireless base stations and a wireless terminal, comprising:
detecting a state of connection between the plurality of wireless base stations and the wireless terminal;
randomly determining with probability ε a behavior to be adopted by said wireless terminal under detected conditions;
determining, with probability (1-ε), an action to be taken by said wireless terminal under the sensed conditions in accordance with a result of a value function;
transmitting a request to said plurality of radio base stations corresponding to an action to be taken;
obtaining responses from the plurality of radio base stations to the request;
calculating a reward for the behavior based on the response;
updating a value for adopting the behavior under the state based on the reward;
learning parameters of the value function based on the updated values;
detecting a change in a communication environment surrounding the wireless terminal;
performing a time-dependent attenuation process on the ε under a condition where a change in the communication environment is not detected;
initializing the ε when a change in the communication environment is detected;
Including,
A wireless communication method in which the value function, when a state is given to an input layer, expresses in an output layer the value of adoption for each action that the wireless terminal can take .
前記無線端末は、前記複数の無線通信用のインターフェースを有し、
前記状態は、前記無線端末が、インターフェース毎に、どの無線基地局と接続しているかの情報を含み、
前記行動は、前記無線端末のどのインターフェースを、どの無線基地局に接続させるかの情報を含む請求項1に記載の無線通信方法。 At least some of the plurality of wireless base stations have a plurality of wireless communication interfaces having different specifications,
the wireless terminal has the plurality of interfaces for wireless communication,
the state includes information on which wireless base station the wireless terminal is connected to for each interface;
The wireless communication method according to claim 1 , wherein the action includes information regarding which interface of the wireless terminal is to be connected to which wireless base station.
CPUを備え、
前記CPUが、
前記複数の無線基地局と当該無線端末との接続の状態を検知する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率εでランダムに決定する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率(1-ε)で、価値関数の結果に従って決定する処理と、
採用する行動に対応する要求を前記複数の無線基地局に伝達する処理と、
前記要求に対する前記複数の無線基地局の応答を取得する処理と、
前記応答に基づいて、前記行動に対する報酬を算出する処理と、
前記報酬に基づいて、前記状態の下で前記行動を採用することについての価値を更新する処理と、
更新後の前記価値に基づいて、前記価値関数のパラメータを学習する処理と、
当該無線端末を取り巻く通信環境の変化を検知する処理と、
前記通信環境の変化が検知されない状況下で、前記εに経時的な減衰処理を施す処理と、
前記通信環境の変化が検知された場合に、前記εを初期化する処理と、
を実行し、
前記価値関数は、入力層に状態が与えられると、当該無線端末が採り得る行動の夫々について、採用の価値を出力層に表出させるものである無線端末。 A wireless terminal having a function of connecting to a plurality of wireless base stations,
A CPU is provided,
The CPU,
A process of detecting a state of connection between the plurality of wireless base stations and the wireless terminal;
a process of randomly determining with probability ε an action to be taken under the detected condition;
determining, with probability (1-ε), the action to be taken under the detected condition according to the result of the value function;
transmitting a request corresponding to an action to be taken to said plurality of wireless base stations;
obtaining responses from the plurality of wireless base stations to the request;
calculating a reward for the behavior based on the response;
updating a value for taking the action under the state based on the reward;
A process of learning parameters of the value function based on the updated value;
A process of detecting a change in a communication environment surrounding the wireless terminal;
a process of performing a time-dependent attenuation process on the ε under a situation where a change in the communication environment is not detected;
A process of initializing the ε when a change in the communication environment is detected;
Run
The value function is a wireless terminal that, when a state is given to an input layer, displays in an output layer the value of adoption for each action that the wireless terminal can take .
前記状態は、当該無線端末が、インターフェース毎に、どの無線基地局と接続しているかの情報を含み、
前記行動は、当該無線端末のどのインターフェースを、どの無線基地局に接続させるかの情報を含む請求項5に記載の無線端末。 A wireless communication device having a plurality of wireless communication interfaces each having different specifications;
The state includes information on which wireless base station the wireless terminal is connected to for each interface,
The wireless terminal according to claim 5 , wherein the action includes information regarding which interface of the wireless terminal is to be connected to which wireless base station.
無線端末が備えるCPUに、
前記複数の無線基地局と当該無線端末との接続の状態を検知する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率εでランダムに決定する処理と、
検知された状態の下で採用する行動を、確率(1-ε)で、価値関数の結果に従って決定する処理と、
採用する行動に対応する要求を前記複数の無線基地局に伝達する処理と、
前記要求に対する前記複数の無線基地局の応答を取得する処理と、
前記応答に基づいて、前記行動に対する報酬を算出する処理と、
前記報酬に基づいて、前記状態の下で前記行動を採用することについての価値を更新する処理と、
更新後の前記価値に基づいて、前記価値関数のパラメータを学習する処理と、
当該無線端末を取り巻く通信環境の変化を検知する処理と、
前記通信環境の変化が検知されない状況下で、前記εに経時的な減衰処理を施す処理と、
前記通信環境の変化が検知された場合に、前記εを初期化する処理と、
を実行させるプログラムを含み、
前記価値関数は、入力層に状態が与えられると、前記無線端末が採り得る行動の夫々について、採用の価値を出力層に表出させるものである無線端末用プログラム。 A program for a wireless terminal for realizing a function of connecting to a plurality of wireless base stations,
A CPU provided in the wireless terminal,
A process of detecting a state of connection between the plurality of wireless base stations and the wireless terminal;
a process of randomly determining with probability ε an action to be taken under the detected condition;
determining, with probability (1-ε), the action to be taken under the detected condition according to the result of the value function;
transmitting a request corresponding to an action to be taken to said plurality of wireless base stations;
obtaining responses from the plurality of wireless base stations to the request;
calculating a reward for the behavior based on the response;
updating a value for taking the action under the state based on the reward;
A process of learning parameters of the value function based on the updated value;
A process of detecting a change in a communication environment surrounding the wireless terminal;
a process of performing a time-dependent attenuation process on the ε under a situation where a change in the communication environment is not detected;
A process of initializing the ε when a change in the communication environment is detected;
A program for executing
A program for a wireless terminal , wherein the value function, when a state is given to an input layer, displays in an output layer the value of adoption for each action that the wireless terminal can take .
前記状態は、当該無線端末が、インターフェース毎に、どの無線基地局と接続しているかの情報を含み、
前記行動は、当該無線端末のどのインターフェースを、どの無線基地局に接続させるかの情報を含む請求項7に記載の無線端末用プログラム。 the wireless terminal has a plurality of wireless communication interfaces having different specifications,
The state includes information on which wireless base station the wireless terminal is connected to for each interface,
8. The program for a wireless terminal according to claim 7, wherein the action includes information as to which interface of the wireless terminal is to be connected to which wireless base station.
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