JP7653684B2 - Communication quality prediction device, communication quality prediction method, and communication quality prediction program - Google Patents
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Description
本発明は、通信品質予測装置、通信品質予測方法、及び、通信品質予測プログラムに関する。 The present invention relates to a communication quality prediction device, a communication quality prediction method, and a communication quality prediction program.
5G、6Gの次世代移動体通信では、ミリ波と呼ばれる30GHz以上の周波数を用いた高速大容量の無線通信の実現が期待されている。一方、サブ6GHz帯以上の高い周波数を用いた無線通信は、周囲の環境の影響を強く受ける。特にミリ波通信やテラヘルツ波通信では、人体等による無線通信路の遮蔽によって通信品質が急峻に低下する(非特許文献1)。 Next-generation mobile communications, such as 5G and 6G, are expected to realize high-speed, large-capacity wireless communications using frequencies above 30 GHz known as millimeter waves. However, wireless communications using high frequencies above the sub-6 GHz band are strongly affected by the surrounding environment. In particular, in millimeter wave and terahertz wave communications, communication quality drops sharply due to obstruction of the wireless communication path by the human body, etc. (Non-Patent Document 1).
そこで、カメラで撮影した画像を用いて無線通信路の未来の通信品質を予測し、当該予測結果を基に無線通信端末に対して送信電力制御やハンドオーバを行う制御装置が知られている(特許文献1、非特許文献2)。
Therefore, a control device is known that predicts the future communication quality of a wireless communication channel using images captured by a camera, and performs transmission power control and handover for a wireless communication terminal based on the prediction results (
しかしながら、特許文献1及び非特許文献2では、カメラの画像を用いて通信品質を予測するため、プライバシや機密情報等の保護の観点より、特に街頭やオフィス、公共施設において、カメラの設置や画像の使用が困難な場合がある。
However, in
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、プライバシや機密情報等の保護の観点による制約をうけず、様々な無線通信エリアで未来の通信品質を予測可能な技術を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide a technology that can predict future communication quality in various wireless communication areas without being restricted by the need to protect privacy, confidential information, etc.
本発明の一態様の通信品質予測装置は、未来の通信品質を予測する通信品質予測装置であって、無線通信路の周辺の環境情報を点群データとして時系列に取得する収集部と、前記点群データのデータ量を削減する処理を行うことで処理済み点群データを生成する前処理部と、前記環境情報の処理済み点群データを前記通信品質予測装置で認識可能な座標系の環境情報に変換する変換部と、前記座標系の環境情報の経時的変化を基に前記無線通信路の未来の通信品質を予測計算する予測部と、を備える。 A communication quality prediction device according to one aspect of the present invention is a communication quality prediction device that predicts future communication quality, and includes a collection unit that acquires environmental information about the vicinity of a wireless communication path in time series as point cloud data, a preprocessing unit that generates processed point cloud data by performing processing to reduce the amount of data in the point cloud data, a conversion unit that converts the processed point cloud data of the environmental information into environmental information in a coordinate system that can be recognized by the communication quality prediction device, and a prediction unit that predicts and calculates the future communication quality of the wireless communication path based on changes over time in the environmental information in the coordinate system.
本発明の一態様の通信品質予測方法は、未来の通信品質を予測する通信品質予測方法であって、通信品質予測装置が、無線通信路の周辺の環境情報を点群データとして時系列に取得するステップと、前記点群データのデータ量を削減する処理を行うことで処理済み点群データを生成するステップと、前記環境情報の処理済み点群データを前記通信品質予測装置で認識可能な座標系の環境情報に変換するステップと、前記座標系の環境情報の経時的変化を基に前記無線通信路の未来の通信品質を予測計算するステップと、を行う。 A communication quality prediction method according to one aspect of the present invention is a communication quality prediction method for predicting future communication quality, in which a communication quality prediction device performs the steps of acquiring environmental information around a wireless communication path in the form of point cloud data in a time series, generating processed point cloud data by performing processing to reduce the amount of data of the point cloud data, converting the processed point cloud data of the environmental information into environmental information in a coordinate system that can be recognized by the communication quality prediction device, and predicting and calculating the future communication quality of the wireless communication path based on changes over time in the environmental information in the coordinate system.
本発明の一態様の通信品質予測プログラムは、上記通信品質予測装置としてコンピュータを機能させる。 A communication quality prediction program according to one aspect of the present invention causes a computer to function as the above-mentioned communication quality prediction device.
本発明によれば、プライバシや機密情報等の保護の観点による制約をうけず、様々な無線通信エリアで未来の通信品質を予測可能な技術を提供できる。 The present invention provides technology that can predict future communication quality in various wireless communication areas without being restricted by the need to protect privacy or confidential information.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are given the same reference numerals and the description will be omitted.
[発明の概要]
本発明は、カメラや画像ではなく、センサで取得された無線通信エリアの点群データを用いて、無線通信路の未来の通信品質を予測する通信品質予測装置を開示する。点群データは画像と比べてプライバシ情報や機密情報を含まないので、データ使用上の制約が少なく、センサを様々な環境に設置できる。
Summary of the Invention
The present invention discloses a communication quality prediction device that predicts the future communication quality of a wireless communication path using point cloud data of a wireless communication area acquired by a sensor, not a camera or an image. Since point cloud data does not include privacy information or confidential information compared to images, there are fewer restrictions on the use of the data, and sensors can be installed in various environments.
一方、点群データは画像に比べてデータ量が大きく、そのまま使用することは困難である。そこで、本発明は、センサが取得する時系列な点群データに対して、ノイズ除去、データ量削減、特徴量選択を行い、適切な形式に変換する。その後、機械学習により通信品質予測モデルを学習することで、無線通信路の未来の通信品質を予測する。 However, point cloud data has a larger amount of data than images, making it difficult to use it as is. Therefore, the present invention performs noise removal, data volume reduction, and feature selection on the time-series point cloud data acquired by the sensor, and converts it into an appropriate format. After that, a communication quality prediction model is trained using machine learning to predict the future communication quality of the wireless communication channel.
以上により、様々な無線通信エリアにおいて、高周波帯の無線通信での未来の通信品質の予測の実現が可能となる。なお、本発明は、点群データを用いる点に特徴がある。それ故、カメラ・センサなど、直接点群データを生成する機器を用いずとも、深度情報や映像情報を変換して得られた点群データ等にも適用可能である。 As a result, it is possible to predict future communication quality in high-frequency wireless communication in various wireless communication areas. The present invention is characterized by its use of point cloud data. Therefore, it can also be applied to point cloud data obtained by converting depth information or video information, without using equipment that directly generates point cloud data, such as a camera or sensor.
[通信品質予測装置の構成]
図1は、本実施形態に係る通信品質予測装置1の機能ブロック構成を示す図である。通信品質予測装置1は、複数の収集部1-1-1~1-1-Rと、前処理部1-2と、変換部1-3と、生成部1-4と、予測部1-5と、を備える。
[Configuration of communication quality prediction device]
1 is a diagram showing a functional block configuration of a communication
複数の収集部1-1-1~1-1-Rは、それぞれ、無線通信路の周辺の環境情報を点群データとして経時的に取得するセンサから、当該環境情報の点群データを時系列に取得する機能を備える。センサとは、LiDAR(Light Detection And Ranging)等である。環境情報とは、移動する人や車、成長する植物、建設中の建物、水位が変動する川等といった動的なオブジェクト、ベンチ、信号機等といった静的なオブジェクトである。 The multiple collection units 1-1-1 to 1-1-R each have a function of acquiring point cloud data of environmental information in a time series from a sensor that acquires environmental information around the wireless communication path as point cloud data over time. The sensor is LiDAR (Light Detection And Ranging) or the like. Environmental information includes dynamic objects such as moving people and cars, growing plants, buildings under construction, rivers with fluctuating water levels, etc., and static objects such as benches, traffic lights, etc.
前処理部1-2は、点群データのデータ量を削減する処理を行うことで、処理済み点群データを生成する機能を備える。例えば、前処理部1-2は、点群データから外れ値であるノイズ点を除去することで点群データの数を削減する外れ値除去処理、点群データの空間的な分解能を下げることで点群データの数を削減するダウンサンプル処理、その両方の処理を行う。 The pre-processing unit 1-2 has a function of generating processed point cloud data by performing processing to reduce the amount of data of the point cloud data. For example, the pre-processing unit 1-2 performs both outlier removal processing, which reduces the number of point cloud data by removing noise points that are outliers from the point cloud data, and downsampling processing, which reduces the number of point cloud data by lowering the spatial resolution of the point cloud data.
変換部1-3は、環境情報の処理済み点群データを通信品質予測装置1で認識可能な座標系の環境情報に変換する機能を備える。LiDARで得られる点群データは、当該LiDARから見た光の反射点情報であり、予測部1-5が理解する座標系の情報に変換する必要がある。そこで、変換部1-3は、LiDARで計測された点群データを通信品質予測装置1で認識可能な情報に変換する。具体的には、LiDARの位置や向きに基づき、データ量削減後の環境情報の点群データを、所定の座標系を有する環境情報に変換する。例えば、3次元座標系への変換処理、2次元座標系への変換処理、ボクセルへの変換処理を行う。ここで、ボクセルとは、立体を表現するデータ形式であり、3次元空間を格子状に分割した立方体に値(多くの場合は0,1)を与えることにより、その立方体の小領域に事物が存在するかどうかを表現するものである。
The conversion unit 1-3 has a function of converting the processed point cloud data of the environmental information into environmental information in a coordinate system that can be recognized by the communication
生成部1-4は、点群データ以外のデータや情報を、通信品質予測モデルへ入力する補助情報として生成する機能を備える。例えば、生成部1-4は、無線通信路の周辺の通信に関する様々な通信情報、温度、気温、無線通信路に侵入する又は侵入しているユーザの無線通信端末の設定情報、基地局等の無線通信システムの設定情報、無線通信システムの状態に関する情報等を、補助情報として生成する。 The generation unit 1-4 has a function of generating data and information other than point cloud data as auxiliary information to be input to the communication quality prediction model. For example, the generation unit 1-4 generates various communication information related to communications around the wireless communication path, temperature, air temperature, setting information of wireless communication terminals of users who are intruding or have intruded into the wireless communication path, setting information of wireless communication systems such as base stations, information related to the state of the wireless communication system, etc. as auxiliary information.
予測部1-5は、上記座標系の環境情報の経時的変化を基に無線通信路の未来の通信品質を予測計算する機能を備える。例えば、予測部1-5は、変換後の座標系の環境情報を通信品質予測モデルに入力し、必要に応じて補助情報も入力して、機械学習を行うことで、通信品質データを予測計算する。 The prediction unit 1-5 has a function of predicting and calculating the future communication quality of the wireless communication channel based on the change over time in the environmental information of the above coordinate system. For example, the prediction unit 1-5 inputs the environmental information of the transformed coordinate system into a communication quality prediction model, and also inputs auxiliary information as necessary, and performs machine learning to predict and calculate communication quality data.
通信品質予測モデルとは、無線通信エリアの座標系の環境情報や補助情報を基に当該無線通信エリアにおける無線通信の通信品質を予測計算する機械学習モデルである。通信品質予測モデルは、通信品質予測装置1内に構築されていてもよいし、他の装置に構築されていてもよい。
The communication quality prediction model is a machine learning model that predicts and calculates the communication quality of wireless communication in a wireless communication area based on environmental information and auxiliary information in the coordinate system of the wireless communication area. The communication quality prediction model may be built in the communication
通信品質データとは、例えば、受信信号電力、信号対雑音電力比(SNR)、信号対干渉雑音電力比(SINR)、RSSI(Received Signal Strength Indication)、RSRQ(Received Signal Reference Quality)、パケット誤り率、到達ビット数、単位時間当たりの到達ビット数、MCS(Modulation and Coding Scheme index)、再送回数、遅延時間、誤り訂正方式、通信システムの周波数、利用するリソースの帯域幅等の周波数条件等である。これらの値の微分情報、これらの値を所定の計算式に代入して算出される指標、これらの指標に影響を与えるシステムの設定項目等でもよい。 The communication quality data includes, for example, received signal power, signal-to-noise power ratio (SNR), signal-to-interference-plus-noise power ratio (SINR), received signal strength indication (RSSI), received signal reference quality (RSRQ), packet error rate, number of arriving bits, number of arriving bits per unit time, modulation and coding scheme index (MCS), number of retransmissions, delay time, error correction method, frequency of the communication system, frequency conditions such as bandwidth of the resources used, etc. It may also be information on the differentiation of these values, an index calculated by substituting these values into a predetermined formula, a system setting item that affects these indexes, etc.
[通信品質予測装置の動作]
図2は、通信品質予測装置1の処理フローを示す図である。通信品質予測装置1は、オフィス街等の無線通信エリアでの未来の通信品質を予測する。
[Operation of communication quality prediction device]
2 is a diagram showing a processing flow of the communication quality predicting
ステップS1;
まず、複数の収集部1-1-1~1-1-Rは、オフィス街に設置されたLiDARから、当該オフィス街に伝搬している無線通信路の周辺の環境情報(例えば、人、車)の点群データを時系列に取得する。
Step S1:
First, the multiple collection units 1-1-1 to 1-1-R acquire point cloud data of environmental information (e.g., people, vehicles) around the wireless communication path propagating in the office district in a time series manner from a LiDAR installed in the office district.
ステップS2;
次に、前処理部1-2は、LiDARから取得した点群データに対し、外れ値除去処理、ダウンサンプル処理、又はその両方の処理を実行する。これにより、データ量の削減処理が行われた処理済み点群データが生成される。
Step S2:
Next, the preprocessing unit 1-2 performs outlier removal processing, downsampling processing, or both processing on the point cloud data acquired from the LiDAR, thereby generating processed point cloud data in which the data amount has been reduced.
外れ値除去処理は、LiDARでの計測時に点群データに含まれてしまうノイズ点を除去する処理である。ノイズ点の除去により、予測部1-5でより正確に将来の通信品質を予測可能となる。外れ値の除去方法としては、ある点と一定数の近傍点との間の距離をそれぞれ計算し、閾値よりも距離が大きい近傍点を除去する方法、点を中心とする所定サイズの球内に含まれる点の数が少ない方の球の点を除去する方法がある。 Outlier removal processing is a process that removes noise points that are included in point cloud data when measuring with LiDAR. Removing noise points enables the prediction unit 1-5 to predict future communication quality more accurately. Methods for removing outliers include calculating the distance between a certain point and a certain number of neighboring points and removing neighboring points whose distance is greater than a threshold, and removing points in a sphere of a specified size centered on the point that contains fewer points.
その他の外れ値の除去方法としては、無線通信端末と基地局との間に形成される3次元空間の点群以外の点群を削除したり、当該3次元空間において予め把握している静的な構造物に係る点群を除去したり、時間的に継続して存在しない点群を除去したりする方法がある。無線通信端末と基地局との間に形成される3次元空間の点群以外の点群の削除には、例えば、無線通信端末から基地局の方向を見た際に、基地局から角度φ以内の範囲、または基地局から無線通信端末を見た際に無線通信端末から角度φ以内の範囲、またはその両方の範囲を基地局と無線通信端末の間の条件として、それ以外の範囲を除去する方法がある。 Other methods of removing outliers include deleting point clouds other than the point cloud in the three-dimensional space formed between the wireless communication terminal and the base station, removing point clouds related to static structures known in advance in the three-dimensional space, and removing point clouds that do not exist continuously over time. For example, a method of removing point clouds other than the point cloud in the three-dimensional space formed between the wireless communication terminal and the base station includes a method of removing ranges other than the range within an angle φ from the base station when looking in the direction of the base station from the wireless communication terminal, or the range within an angle φ from the wireless communication terminal when looking from the base station, or both ranges, as conditions between the base station and the wireless communication terminal.
ダウンサンプル処理は、空間的な分解能を下げて点群データの点の総数を削減することで、通信品質予測モデルに入力する入力次元数を削減する処理である。これにより、予測部1-5で行う機械学習の計算量を抑制可能となる。ダウンサンプルの方法としては、点群データを含む空間を所定サイズのボクセルに分割してボクセル内に存在する複数の点を代表となる1つだけに絞る方法、点のデータを座標系における一定間隔で一様に間引いていく方法がある。 Downsampling is a process that reduces the number of input dimensions to be input to the communication quality prediction model by lowering the spatial resolution and reducing the total number of points in the point cloud data. This makes it possible to suppress the amount of calculations in the machine learning performed by the prediction unit 1-5. Downsampling methods include dividing the space containing the point cloud data into voxels of a certain size and narrowing down the multiple points present in the voxel to only one representative point, and thinning out the point data uniformly at regular intervals in the coordinate system.
ステップS3;
次に、変換部1-3は、上記処理済み点群データを、通信品質予測装置1で認識可能であり、通信品質予測モデルに入力可能な形式である、2次元座標、3次元座標、またはボクセルに変換する。
Step S3:
Next, the conversion unit 1-3 converts the processed point cloud data into two-dimensional coordinates, three-dimensional coordinates, or voxels, which are formats that can be recognized by the communication
2次元平面への変換方法としては、3次元空間を形成する6つの2次元平面の中から所定の2次元平面を決定し、3次元空間内の点群データを当該2次元平面に写像する方法がある。これにより、2次元空間上の位置情報を用いることができ、点群データのデータ量を削減可能となる。または、3次元空間上で、任意の2次元平面との交差点の情報のみを抽出してもよい。ある2次元平面との交差点情報を抽出する場合には、2次元空間を複数用意してもよい。例えば、高さ30cmと高さ1mの2次元平面を用い、当該高さの3次元座標系に存在する点群データ情報を抽出してもよい。 One method of conversion to a two-dimensional plane is to determine a specific two-dimensional plane from the six two-dimensional planes that form the three-dimensional space, and map the point cloud data in the three-dimensional space onto that two-dimensional plane. This makes it possible to use position information in the two-dimensional space, and reduce the amount of point cloud data. Alternatively, only information on intersections with any two-dimensional plane in the three-dimensional space may be extracted. When extracting intersection information with a certain two-dimensional plane, multiple two-dimensional spaces may be prepared. For example, two-dimensional planes with heights of 30 cm and 1 m may be used, and point cloud data information that exists in the three-dimensional coordinate system at those heights may be extracted.
その他、同様に点群データのデータ量を更に削減するため、変換部1-3は、3次元空間を所定サイズのボクセル単位に分割し、点群データをボクセルに変換(ボクセルデータ化)してもよい。ボクセルへの変換方法としては、ボクセル内に点群データの点が存在すれば1とし、ボクセル内に点が存在しない場合は0とする方法、ボクセル内の点の数を密度としてボクセル値に設定する方法がある。これにより、点群データのデータ量を削減可能となる。何らかの補助情報により、無線通信に影響を強く与えるものを1、その影響が少ないものを1より小さくすることで、より無線通信の予測精度を高めてもよい。 In addition, to further reduce the amount of point cloud data, the conversion unit 1-3 may divide the three-dimensional space into voxel units of a predetermined size and convert the point cloud data into voxels (voxel data conversion). Methods for converting to voxels include a method of setting a voxel to 1 if a point of point cloud data exists in the voxel and 0 if no point exists in the voxel, and a method of setting the number of points in the voxel as the density and the voxel value. This makes it possible to reduce the amount of point cloud data. Using some kind of auxiliary information, values that have a strong effect on wireless communication can be set to 1, and values that have a small effect can be set to a value smaller than 1, thereby further improving the prediction accuracy of wireless communication.
ステップS4;
次に、生成部1-4は、無線通信路の周辺の通信に関する様々な通信情報、温度、気温、無線通信路に侵入する、侵入しているユーザの無線通信端末の設定情報、基地局等の無線通信システムの設定情報、無線通信システムの状態に関する情報等を、通信品質予測モデルへ入力する補助情報として生成する。なお、補助情報は、通信品質の予測精度を向上させるための二次的な情報である。それ故、ステップS4をスキップして補助情報を使用しないようにしてもよい。
Step S4:
Next, the generating unit 1-4 generates various communication information related to communication around the wireless communication path, temperature, air temperature, setting information of the wireless communication terminal of the user who is intruding into the wireless communication path, setting information of the wireless communication system such as a base station, information on the state of the wireless communication system, etc. as auxiliary information to be input to the communication quality prediction model. Note that the auxiliary information is secondary information for improving the prediction accuracy of the communication quality. Therefore, step S4 may be skipped so as not to use the auxiliary information.
ステップS5;
最後に、予測部1-5は、上記3次元座標系の位置情報(又は、2次元座標系の位置情報、3次元座標系のボクセルデータ)を通信品質予測モデルに入力し、必要に応じて補助情報も当該通信品質予測モデルに入力して、機械学習を行うことで、RSSI等の通信品質データを予測計算する。
Step S5:
Finally, the prediction unit 1-5 inputs the position information in the above-mentioned three-dimensional coordinate system (or the position information in the two-dimensional coordinate system, or the voxel data in the three-dimensional coordinate system) into a communication quality prediction model, and also inputs auxiliary information into the communication quality prediction model as necessary, and performs machine learning to predict and calculate communication quality data such as RSSI.
機械学習処理は、深度画像の代わりにボクセルデータを用いる点を除き、非特許文献2の学習手法とほぼ同様である。以降、ステップS3で点群データがボクセルデータに変換された場合について説明する。 The machine learning process is almost the same as the learning method in Non-Patent Document 2, except that voxel data is used instead of a depth image. Below, we will explain the case where point cloud data is converted to voxel data in step S3.
まず、ボクセルデータに対し、点群データと同時に測定された通信品質データを時間的に対応させ、ラベル付けを行う。このとき、将来の通信品質を予測するため、時刻をずらしてラベル付を行う「temporal difference labeling」(非特許文献2参照)を適用する。 First, the communication quality data measured simultaneously with the point cloud data is time-correlated with the voxel data and labeled. At this time, in order to predict future communication quality, "temporal difference labeling" (see Non-Patent Document 2), which shifts the time for labeling, is applied.
機械学習アルゴリズムとしては、任意のアルゴリズムを用いることができる。ニューラルネットワーク、ランダムフォレスト、勾配ブースティング決定木等を用いることができる。 Any algorithm can be used as the machine learning algorithm. Neural networks, random forests, gradient boosting decision trees, etc. can be used.
ニューラルネットワークでは、畳み込みレイヤを入れ込むことで3次元データであるボクセルをそのまま入力として使用することができる。畳み込みにより時空間の特徴量が抽出され、通信品質の予測計算を行うことが可能となる。 In a neural network, by incorporating a convolutional layer, it is possible to use voxel data, which is 3D data, as input directly. Convolution extracts spatiotemporal features, making it possible to perform predictive calculations of communication quality.
一方、ランダムフォレストや勾配ブースティング決定木等は、多次元の入力に対応していないため、ボクセルをそのまま入力として使用することはできない。そのため、ボクセルを1次元の配列に平坦化したものを特徴量として用いる。通信品質値でラベル付けされたボクセル(又は、それを1次元配列に平坦化したもの)を訓練データセットとして機械学習アルゴリズムを実行し、通信品質予測モデルを獲得する。獲得した通信品質予測モデルに対し、点群データから生成したボクセルを入力することで、将来の通信品質値を予測計算することができる。 On the other hand, random forests, gradient boosting decision trees, etc. do not support multidimensional inputs, so voxels cannot be used as inputs as is. Therefore, voxels are flattened into a one-dimensional array and used as features. A machine learning algorithm is run using voxels labeled with communication quality values (or a one-dimensional array flattened version of them) as a training dataset to obtain a communication quality prediction model. By inputting voxels generated from point cloud data into the obtained communication quality prediction model, future communication quality values can be predicted and calculated.
点群データが、ボクセルデータではなく、2次元座標系の位置情報に変換された場合には、例えば、上記機械学習アルゴリズムに対して、水平面上に互いに直交するX軸、Y軸での点群データの(x、y)座標を入力する。この際、本来保持していたZ軸情報を単に削除することで、Z軸方向のすべてのデータを含めてもよいし、Z軸方向における範囲を指定し、例えば(x, y)の条件により、Z軸方向の範囲をZmin(x,y)からZmax(x,y)としてそれ以外の条件の点群情報を削除してもよい。さらに、Z軸情報における2つ以上の座標の点、または2つ以上の範囲に対して、(x, y)を生成し、入力情報として用いてもよい。その他、ボクセルデータのある高さのデータを抽出したり、高さ方向の値の和や最大値を計算したりすることで得られる2次元上のサイズを生成し、上記機械学習アルゴリズムに入力してもよい。 When the point cloud data is converted into position information in a two-dimensional coordinate system, rather than voxel data, the (x, y) coordinates of the point cloud data on the X-axis and Y-axis perpendicular to each other on a horizontal plane are input to the above machine learning algorithm. In this case, all data in the Z-axis direction may be included by simply deleting the Z-axis information that was originally held, or a range in the Z-axis direction may be specified, and the range in the Z-axis direction may be set to Zmin(x, y) to Zmax(x, y) based on the condition (x, y), for example, and point cloud information with other conditions may be deleted. Furthermore, (x, y) may be generated for two or more coordinate points or two or more ranges in the Z-axis information and used as input information. In addition, two-dimensional sizes obtained by extracting data at a certain height of the voxel data or calculating the sum or maximum value of the height direction may be generated and input to the above machine learning algorithm.
ステップS5の後、通信品質予測装置1で予測された無線通信路の未来の通信品質の予測結果は、無線通信システムに備わる制御装置へ出力される。当該制御装置は、当該予測結果を基に、無線通信エリアでの通信品質の影響が小さくなるように、または通信品質が低下しないように、無線通信システムの設定、または無線通信端末の設定や動作、または当該無線通信エリアで物理的に制御可能な物体を制御する。例えば、無線通信端末に対して、送信電力を高める送信電力制御、より感度の高い基地局へ通信を切り替えるハンドオーバ、複数の無線通信基地局との通信実行、変調方式や誤り訂正符号の設定変更を実行する。
After step S5, the prediction result of the future communication quality of the wireless communication path predicted by the communication
[変形例]
ここまで、LiDARを用いた場合を例に説明した。一方、点群データは、LiDAR等のセンサで取得するのに代えて、RGB-Dカメラ等で取得された深度画像を変換することでも取得可能である。例えば、「Yan Wang、他5名 “Pseudo-LiDAR From Visual Depth Estimation: Bridging the Gap in 3D Object Detection for Autonomous Driving”、Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR)、2019年6月」には、風景画像から深度画像を推定し、当該深度画像を基にLiDARの点群データを疑似的に生成する方法が記載されている。それ故、LiDAR等のセンサが導入された環境ではなく、RGB-Dカメラが導入された環境においても、本発明の通信品質予測装置1を適用可能となる。この場合には、プライバシなどの観点で、点群データに変換された後、ネットワークを伝送することで、利用についての制約を軽減できる。
[Modification]
Up to this point, the case where LiDAR is used has been described as an example. On the other hand, instead of acquiring point cloud data using a sensor such as LiDAR, it is also possible to acquire the point cloud data by converting a depth image acquired by an RGB-D camera or the like. For example, in "Yan Wang and 5 others, "Pseudo-LiDAR From Visual Depth Estimation: Bridging the Gap in 3D Object Detection for Autonomous Driving", Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), June 2019", a method is described in which a depth image is estimated from a landscape image and LiDAR point cloud data is pseudo-generated based on the depth image. Therefore, the communication
[予測性能評価結果]
図3、図4は、本実施形態に係る通信品質予測装置1を用いて実施した点群データからの通信品質の予測結果を示す図である。図3は、ニューラルネットワークを用いた場合の予測結果である。図4は、ランダムフォレストを用いた場合の予測結果である。これらの予測結果は、所定時刻に得られた点群データを基に、当該所定時刻から500 ms先の未来の通信品質(Frame信号のRSSI値)を予測したものである。実線で示された予測値は、破線で示された実測値に概ね一致している。
[Prediction performance evaluation results]
3 and 4 are diagrams showing prediction results of communication quality from point cloud data performed using the communication
なお、本性能評価で用いたデータは非特許文献2と同一のものを用いており、精度に関しても非特許文献2と同程度であった。このことから、プライバシや機密情報保護等の観点から制約のあるカメラを使用せずに、比較的設置が用意なLiDAR等のセンサを用いても同程度の精度で通信品質を予測できることを示したと言える。 The data used in this performance evaluation was the same as that used in Non-Patent Document 2, and the accuracy was comparable to that of Non-Patent Document 2. This shows that communication quality can be predicted with the same level of accuracy even when using sensors such as LiDAR, which are relatively easy to install, without using cameras, which have restrictions from the standpoint of privacy and confidential information protection.
[産業への活用]
本発明は、無線LAN(Local Area Network)、特にミリ波通信機能を搭載した機器において、通信品質を安定化させる技術であり、工場内のセンシングデータ収集や、VR(Virtual Reality)アプリケーション、AR(Augmented Reality)アプリケーション等、大容量かつ安定した無線ネットワークが必要な用途において、特に有用な発明である。
[Industrial applications]
The present invention is a technology that stabilizes communication quality in wireless LANs (Local Area Networks), particularly in devices equipped with millimeter wave communication functions, and is a particularly useful invention for applications that require high-capacity, stable wireless networks, such as sensing data collection in factories, VR (Virtual Reality) applications, and AR (Augmented Reality) applications.
[効果]
本実施形態によれば、未来の通信品質を予測する通信品質予測装置1であって、無線通信路の周辺の環境情報を点群データとして時系列に取得する複数の収集部1-1-1~1-1-Rと、前記点群データのデータ量を削減する処理を行うことで処理済み点群データを生成する前処理部1-2と、前記環境情報の処理済み点群データを前記通信品質予測装置で認識可能な座標系の環境情報に変換する変換部1-3と、前記座標系の環境情報の経時的変化を基に前記無線通信路の未来の通信品質を予測計算する予測部1-5と、を備えるので、カメラや画像を用いることなく、無線通信品質を予測することができ、プライバシや機密情報等の保護の観点からカメラの設置が望ましくない場所であっても適用が可能となる。その結果、プライバシや機密情報等の保護の観点による制約をうけず、様々な無線通信エリアで未来の通信品質を予測可能な技術を提供できる。
[effect]
According to this embodiment, the communication
[その他]
本発明は、上記実施形態に限定されない。本発明は、本発明の要旨の範囲内で数々の変形が可能である。本実施形態に係る通信品質予測装置1は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
[others]
The present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be modified in many ways within the scope of the gist of the present invention. The communication
例えば、本実施形態に係る通信品質予測装置1は、図5に示すように、CPU901と、メモリ902と、ストレージ903と、通信装置904と、入力装置905と、出力装置906と、を備えた汎用的なコンピュータシステムを用いて実現できる。メモリ902及びストレージ903は、記憶装置である。当該コンピュータシステムにおいて、CPU901がメモリ902上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、通信品質予測装置1の各機能が実現される。
For example, the communication
通信品質予測装置1は、1つのコンピュータで実装されてもよい。通信品質予測装置1は、複数のコンピュータで実装されてもよい。通信品質予測装置1は、コンピュータに実装される仮想マシンであってもよい。通信品質予測装置1用のプログラムは、HDD、SSD、USBメモリ、CD、DVD等のコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶できる。通信品質予測装置1用のプログラムは、通信ネットワークを介して配信することもできる。
The communication
1…通信品質予測装置
1-1-1~1-1-R…収集部
1-2…前処理部
1-3…変換部
1-4…生成部
1-5…予測部
901…CPU
902…メモリ
903…ストレージ
904…通信装置
905…入力装置
906…出力装置
1. Communication quality prediction device
1-1-1~1-1-R…Collection section
1-2…Pre-processing section
1-3…Conversion section
1-4…Generation section
1-5…Prediction section
901...CPU
902…Memory
903…Storage
904...Communication equipment
905…Input device
906...Output device
Claims (6)
無線通信路の周辺の環境情報を点群データとして時系列に取得する収集部と、
前記点群データのデータ量を削減する処理を行うことで処理済み点群データを生成する前処理部と、
前記環境情報の処理済み点群データを前記通信品質予測装置で認識可能な座標系の環境情報に変換する変換部と、
前記座標系の環境情報の経時的変化を基に前記無線通信路の未来の通信品質を予測計算する予測部と、を備え、
前記変換部は、
前記環境情報の処理済み点群データをボクセルデータに変換する通信品質予測装置。 A communication quality prediction device for predicting future communication quality, comprising:
a collection unit that acquires environmental information around the wireless communication path in time series as point cloud data;
a pre-processing unit that performs processing to reduce the amount of data of the point cloud data to generate processed point cloud data;
a conversion unit that converts the processed point cloud data of the environmental information into environmental information in a coordinate system recognizable by the communication quality prediction device;
a prediction unit that predicts and calculates a future communication quality of the wireless communication path based on a time-dependent change in environmental information of the coordinate system,
The conversion unit is
A communication quality prediction device that converts the processed point cloud data of the environmental information into voxel data.
前記点群データからノイズ点を除去することで前記点群データの数を削減する請求項1に記載の通信品質予測装置。 The pre-treatment unit includes:
The communication quality prediction device according to claim 1 , wherein the number of points in the point cloud data is reduced by removing noise points from the point cloud data.
前記点群データの空間的な分解能を下げることで前記点群データの数を削減する請求項1又は2に記載の通信品質予測装置。 The pre-treatment unit includes:
The communication quality prediction device according to claim 1 , wherein the number of the point cloud data is reduced by lowering a spatial resolution of the point cloud data.
前記環境情報をカメラで撮影した深度画像から変換した点群データである請求項1乃至3のいずれかに記載の通信品質予測装置。 The point cloud data is
The communication quality prediction device according to claim 1 , wherein the environmental information is point cloud data converted from a depth image captured by a camera.
通信品質予測装置が、
無線通信路の周辺の環境情報を点群データとして時系列に取得するステップと、
前記点群データのデータ量を削減する処理を行うことで処理済み点群データを生成するステップと、
前記環境情報の処理済み点群データを前記通信品質予測装置で認識可能な座標系の環境情報に変換するステップと、
前記座標系の環境情報の経時的変化を基に前記無線通信路の未来の通信品質を予測計算するステップと、を行い、
前記変換するステップでは、
前記環境情報の処理済み点群データをボクセルデータに変換する通信品質予測方法。 A communication quality prediction method for predicting future communication quality, comprising the steps of:
A communication quality prediction device
acquiring environmental information about a wireless communication path in the form of point cloud data in time series;
generating processed point cloud data by performing a process for reducing the amount of data of the point cloud data;
converting the processed point cloud data of the environmental information into environmental information in a coordinate system recognizable by the communication quality prediction device;
predicting and calculating a future communication quality of the wireless communication path based on a time-dependent change in environmental information of the coordinate system;
In the converting step,
The communication quality prediction method further comprises converting the processed point cloud data of the environmental information into voxel data.
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