(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線通信方式を利用できる無線通信端末であって、
他端末における情報を含め、過去の周辺環境情報および前記過去の周辺環境情報に対する上りリンク情報を蓄積する履歴データベースと、
前記蓄積された周辺環境情報を参照し、各無線通信方式に対する自機における現在の上りリンク情報を予測する上りリンク情報予測部と、を備え、
前記履歴データベースは、前記周辺環境情報として少なくとも下りリンク情報を蓄積し、
前記上りリンク情報予測部は、前記蓄積された下りリンク情報と自機における現在の下りリンク情報とを比較し、比較結果に基づいて各無線通信方式に対する上りリンク情報を予測することを特徴とする無線通信端末。
【請求項２】
マルチホップネットワークを用いて他端末から前記履歴データベースに蓄積する周辺環境情報を収集する情報収集部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
【請求項３】
前記上りリンク情報予測部は、前記周辺環境情報として時刻情報または位置情報を比較することを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
【請求項４】
前記情報収集部は、前記蓄積された周辺環境情報が質または量において所定の基準を満たすか否かを判定し、前記所定の基準を満たさないと判定されたときには、新たに周辺環境情報を収集することを特徴とする請求項２記載の無線通信端末。
【請求項５】
前記予測された上りリンク情報に基づいて無線通信方式を選択する無線通信方式選択部を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信端末。
【請求項６】
複数の無線通信方式を利用できる無線通信端末を用いた上りリンク情報予測方法であって、
他端末における情報を含め、過去の周辺環境情報および前記過去の周辺環境情報に対する上りリンク情報を蓄積するステップと、
前記蓄積された周辺環境情報を参照し、各無線通信方式に対する自機における現在の上りリンク情報を予測するステップと、を含み、
前記情報を蓄積するステップでは、前記周辺環境情報として少なくとも下りリンク情報を蓄積し、
前記上りリンク情報を予測するステップでは、前記蓄積された下りリンク情報と自機における現在の下りリンク情報とを比較し、比較結果に基づいて各無線通信方式に対する上りリンク情報を予測することを特徴とする上りリンク情報予測方法。
【請求項７】
複数の無線通信方式を利用できる無線通信端末に実行させる上りリンク情報予測プログラムであって、
他端末における情報を含め、過去の周辺環境情報および前記過去の周辺環境情報に対する上りリンク情報を蓄積する処理と、
前記蓄積された周辺環境情報を参照し、各無線通信方式に対する自機における現在の上りリンク情報を予測する処理と、を含み、
前記情報を蓄積する処理では、前記周辺環境情報として少なくとも下りリンク情報を蓄積し、
前記上りリンク情報を予測する処理では、前記蓄積された下りリンク情報と自機における現在の下りリンク情報とを比較し、比較結果に基づいて各無線通信方式に対する上りリンク情報を予測することを特徴とする上りリンク情報予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線通信方式を利用できる無線通信端末、これを用いた上りリンク情報予測方法および上りリンク情報予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の無線通信方式を利用できるマルチモード端末が開発されている。このようなマルチモード端末は、あらかじめ利用可能な無線方式の通信品質を測定または推定し、有利な無線方式を選択する。すなわち、あらかじめ各方式での上り方向（マルチモードセンサ端末→無線基地局方向）での性能を把握することで、無線通信方式を適切に選択する。
【０００３】
例えば、特許文献１記載の無線通信装置は、時々刻々と変化する通信リンクの品質を評価し、最適な通信方式および伝送モードを選択して伝送容量と通信信頼性の向上を両立させようとしている。そして、通信品質情報として受信CNR（搬送波電力対雑音電力比）の推定値を用いている。受信CNRの推定は、受信結果として得られた信号点ベクトルの平均信号点ベクトルの電力値と平均信号点ベクトルを基準とした各ベクトルの分散値との比により算出している。あるいは、最尤系列推定や最尤復号が行われる方式で、その際のメトリック値から等価的な受信CNR値を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４７９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的に、受信CNRより推定可能な通信品質は下り方向の通信品質にすぎず、端末側から送信する上り方向の通信品質とは一致しない。また、端末側で上り方向の通信品質を把握するために、複数の無線方式についてマルチモードセンサ端末が実際に基地局に接続すれば、基地局への負荷およびマルチモードセンサ端末への負荷が膨大になりうる。特にマルチモードセンサ端末が多数配置された場合や利用可能な無線方式数が増大した場合に、その影響が著しい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基地局への接続なしに上り方向の通信品質を推定可能にし、品質推定に要する基地局および端末への負荷を低減できる無線通信端末、これを用いた上りリンク情報予測方法および上りリンク情報予測プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の無線通信端末は、複数の無線通信方式を利用できる無線通信端末であって、他端末における情報を含め、過去の周辺環境情報および前記過去の周辺環境情報に対する上りリンク情報を蓄積する履歴データベースと、前記蓄積された周辺環境情報を参照し、各無線通信方式に対する自機における現在の上りリンク情報を予測する上りリンク情報予測部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
このように、蓄積された周辺環境情報を参照して上りリンク情報を予測するため、無線アクセスインフラと接続を確立することなく上りリンク情報を予測できる。その結果、上り方向の品質推定に要する無線アクセスインフラおよび無線通信端末への負荷の増大を防止できる。
【０００９】
（２）また、本発明の無線通信端末は、前記上りリンク情報予測部が、前記蓄積された周辺環境情報と自機における現在の周辺環境情報とを比較し、比較結果に基づいて各無線通信方式に対する上りリンク情報を予測することを特徴としている。これにより、周辺環境情報が類似する情報を用いて、上りリンク情報を予測でき、予測の精度を高めることができる。
【００１０】
（３）また、本発明の無線通信端末は、前記履歴データベースが、前記周辺環境情報として少なくとも下りリンク情報を蓄積し、前記上りリンク情報予測部は、前記蓄積された下りリンク情報と自機における現在の下りリンク情報とを比較することを特徴としている。これにより、無線アクセスインフラと接続を確立することなく、下りリンク情報に基づいて上りリンク情報を予測できる。
【００１１】
（４）また、本発明の無線通信端末は、マルチホップネットワークを用いて他端末から前記履歴データベースに蓄積する周辺環境情報を収集する情報収集部を更に備えることを特徴としている。これにより、無線アクセスインフラと接続することなく、マルチホップネットワークを利用して上りリンク情報を予測することができる。
【００１２】
（５）また、本発明の無線通信端末は、前記上りリンク情報予測部が、前記周辺環境情報として時刻情報または位置情報を比較することを特徴としている。たとえば、周辺環境情報を取得した時刻が近いときには、その周辺環境情報は現在の自機と似た状況の情報と予測できる。また、曜日が同じか否か、時間帯が同じか否かでも状況が近いか否かを判断することができる。また、過去の周辺環境情報の位置情報を比較し、現在の自機の近い位置の情報か否かを判断することもできる。
【００１３】
（６）また、本発明の無線通信端末は、前記情報収集部が、前記蓄積された周辺環境情報が質または量において所定の基準を満たすか否かを判定し、前記所定の基準を満たさないと判定されたときには、新たに周辺環境情報を収集することを特徴としている。これにより、十分な情報に基づいて各無線通信方式の上りリンク情報を正確に予測できる。
【００１４】
（７）また、本発明の無線通信端末は、前記予測された上りリンク情報に基づいて無線通信方式を選択する無線通信方式選択部を更に備えることを特徴としている。これにより、予測された上りリンク情報に基づいて、自機に最適な無線通信方式を選択することができる。
【００１５】
（８）また、本発明の上りリンク情報予測方法は、複数の無線通信方式を利用できる無線通信端末を用いた上りリンク情報予測方法であって、他端末における情報を含め、過去の周辺環境情報および前記過去の周辺環境情報に対する上りリンク情報を蓄積するステップと、前記蓄積された周辺環境情報を参照し、各無線通信方式に対する自機における現在の上りリンク情報を予測するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１６】
これにより、無線通信端末と無線アクセスインフラと接続を確立せずに上り方向の通信品質を推定できる。その結果、品質推定に要する無線アクセスインフラおよび無線通信端末への負荷の増大を防止できる。
【００１７】
（９）また、本発明の上りリンク情報予測プログラムは、複数の無線通信方式を利用できる無線通信端末に実行させる上りリンク情報予測プログラムであって、他端末における情報を含め、過去の周辺環境情報および前記過去の周辺環境情報に対する上りリンク情報を蓄積する処理と、前記蓄積された周辺環境情報を参照し、各無線通信方式に対する自機における現在の上りリンク情報を予測する処理と、を含むことを特徴としている。
【００１８】
これにより、無線通信端末と無線アクセスインフラと接続を確立せずに上り方向の通信品質を推定できる。その結果、品質推定に要する無線アクセスインフラおよび無線通信端末への負荷の増大を防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、無線アクセスインフラに接続すること無しに上り方向の通信品質を推定することが可能となり、品質推定にあたって無線アクセスインフラおよび端末への負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】マルチモードセンサネットワークを構成する無線通信システムの一例を示す図である。
【図２】無線通信システムの概念図である。
【図３】無線通信端末の機能ブロック図である。
【図４】無線通信端末の動作を示すフローチャートである。
【図５】履歴データベースに記録されているデータの例を示すテーブルである。
【図６】状況類似性確認の処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】周辺環境情報の例を示すテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（無線通信システム）
図１は、マルチモードセンサネットワークを構成する無線通信システム１０の一例を示す図、図２は、無線通信システム１０の概念図である。無線通信システム１０は、無線通信端末１００、その他のマルチモードセンサ端末２００、無線アクセスインフラ３００およびセンシングデータ管理サーバ群４００を含んでいる。無線通信端末１００は、マルチモードセンサ端末である。
【００２３】
無線通信端末１００は、フィールドに展開されたCDMA2000 1xEV-DO，W-CDMA，WiMAX，LTE等の方式による複数種類の無線アクセスインフラ３００を利用でき、WiFi，ZigBee等の方式によりマルチモードセンサ端末２００との間で通信できる。無線通信端末１００によりセンシングされたデータは、他のマルチモードセンサネットワークのいずれかの回線を用いてセンシングデータ管理サーバ群４００に伝送される。センシングデータには周辺環境情報が含まれる。また、無線通信端末１００はバッテリ駆動であり、設置の柔軟性を確保できる。センシングデータ管理サーバ群４００は、マルチモードセンサ端末２００から周辺環境情報を収集し、管理する。
【００２４】
（無線通信端末）
図３は、無線通信端末１００の機能ブロック図である。無線通信端末１００は、マルチホップ通信可能で、複数の無線通信方式を利用できる。無線通信方式とは、CDMA2000 1xEV-DO，W-CDMA，WiMAX，LTE等の無線アクセスインフラまたは他端末との間で用いられる通信方式である。無線通信端末１００は、履歴データベース１１０、情報収集部１２０、自機情報監視部１４０、上りリンク情報予測部１５０、無線通信方式選択部１６０および無線通信部１７０を備えている。
【００２５】
履歴データベース１１０は、複数の無線通信方式それぞれについて周辺環境情報を蓄積する。具体的には、マルチホップ通信可能な他のマルチモードセンサ端末との通信により得られた周辺環境情報の履歴を蓄積している。周辺環境情報とは、各無線通信方式についての下りリンク情報、時刻情報、位置情報、移動速度等である。下りリンク情報とは、下り方向の通信品質情報、減衰量等、下り方向通信の受信し易さを示す情報である。なお、時刻情報をもとに取得時から一定期間経過した情報は消去する設定としてもよい。
【００２６】
情報収集部１２０は、履歴データベース１１０に蓄積するための周辺環境情報を外部から収集する。マルチホップネットワークにより他のマルチモードセンサ端末２００から周辺環境情報を収集することが好ましいが、センシングデータ管理サーバ群４００から情報を収集してもよい。このようにして、基地局等の無線アクセスインフラ３００と接続することなく、必要な情報を収集できる。
【００２７】
情報収集部１２０は、履歴データベース１１０を確認し、蓄積された周辺環境情報が質または量において所定の基準を満たすか否かを判定する。たとえば、蓄積された情報の取得日時が所定期間以前であるか否か（情報の質）や、各状況で取得した情報の数が所定数以上であるか否かや無線通信方式数分のデータがあるか否か（情報の量）を判定する。上記の所定の判断基準は、類似する状況の周辺環境情報を参照できる期間または数として設定しておくことが好ましい。
【００２８】
情報収集部１２０は、蓄積された周辺環境情報が質または量において所定の基準を満たさないと判定したときに、マルチホップネットワークを用いて新たに周辺環境情報を収集する。そのような場合には、無線通信端末１００は、その周囲に存在するマルチモードセンサ端末２００から周辺環境情報を収集する。センシングデータ管理サーバ群４００から周辺環境情報を収集してもよい。
【００２９】
自機情報監視部１４０は、自機の周辺環境情報を監視する。自機の周辺環境情報には、バッテリ情報、ＭＩＭＯアンテナの構成の情報等のハードウェア情報や現在の下り方向の信号の減衰量の情報、現在の時刻情報、自機位置情報等が含まれる。
【００３０】
上りリンク情報予測部１５０は、蓄積された周辺環境情報を参照し、複数の無線通信方式それぞれについて上りリンク情報を予測する。上りリンク情報とは、上り方向の伝送レートや送信電力等の上り方向の通信に特有の情報である。上りリンク情報予測部１５０は、履歴データベース１１０に蓄積された周辺環境情報と自機の周辺環境情報とを比較し、比較結果に基づいて複数の無線通信方式それぞれについて上りリンク情報を予測する。その際には、自機の周辺環境情報に近い周辺環境情報を用いる。特に下りリンク情報の比較が重要である。
【００３１】
下りリンク情報を検知した時刻を比較することも有効である。たとえば、周辺環境情報を取得した時刻が近いときには、似たような状況と予測できる。また、曜日が同じか否か、時間帯が同じか否かでも状況が近いか否かを判断することができる。なお、周辺環境情報の各項目について重み付けして比較することが好ましい。これにより、上りリンク情報への影響が大きい重要な項目に重み付けして状況の類似性を比較することができ、予測精度を高めることができる。比較の際には、例えば基準値から所定範囲内に入っているかにより類似性を判断することができる。
【００３２】
このようにして、上りリンク情報予測部１５０は、複数の無線通信方式の周辺環境情報を比較して、各無線通信方式の上りリンク情報を予測する。その際には、類似する周辺環境情報が得られたときの上りリンク情報が、自機がそのときの無線通信方式で接続したときの上りリンク情報に近いと予測できる。上りリンク情報は、上り方向の伝送レートおよび送信電力の少なくとも一方を指す。上りリンク情報は、他端末で得られた情報をそのまま用いてもよいし、自機の状況に合わせて他端末で得られた情報を補正して用いてもよい。なお、予測の際には平均化処理等の統計処理をした値を伝送レートの期待値とみなして採用することもできる。統計処理には、加算平均、中央値等の利用が含まれる。
【００３３】
このように、蓄積された周辺環境情報を参照して上りリンク情報を予測するため、無線アクセスインフラと接続を確立することなく上りリンク情報を予測できる。その結果、品質推定にあたり無線アクセスインフラ３００および無線通信端末１００への負荷の増大を防止できる。
【００３４】
無線通信方式選択部１６０は、予測された上りリンク情報に基づいて無線通信方式を選択する。たとえば、無線通信方式毎の伝送レートおよび送信電力を参照して、自機の残電力に応じて伝送レートの大きい無線通信方式や送信電力が小さい無線通信方式を選択することができる。自機の残電力が小さい場合には、送信電力が小さいことを重視して無線通信方式を選べるし、自機の残電力が十分に大きい場合には、伝送レートを重視して無線通信方式を選べる。このように、無線通信方式選択部１６０は、適切な無線方式を適宜選択する。
【００３５】
無線通信部１７０は、CDMA2000 1xEV-DO，W-CDMA，WiMAX，LTE等の複数の無線通信方式による無線通信接続を可能にする。無線通信部１７０により、他のマルチモード端末２００または無線アクセスインフラ３００との通信が可能になる。以上のように、無線通信端末１００は、周辺のマルチモードセンサ端末等のこれまでの履歴を利用し、似通った環境下で得られた伝送速度をこれから得られる上り方向の伝送品質の情報として利用する。
【００３６】
（無線通信端末の動作）
図４は、無線通信端末の動作を示すフローチャートである。無線通信端末１００は、センシングデータの送信要求が発生すると（ステップＳ１）、全通信方式について上りリンク情報の推定を開始する（ステップＳ２）。
【００３７】
無線通信端末１００は、上りリンク情報の推定のため、まず履歴データベース１１０の検索を行う（ステップＳ３）。履歴データベース１１０には各無線通信方式に関して過去に得られた上り方向の伝送速度が、そのときの周辺環境情報と共に記録されている。履歴データベース１１０は、あらかじめ周辺のマルチモードセンサ端末２００またはセンシングデータ管理サーバ群４００との情報交換により形成される。なお、自機の過去の周辺環境情報を記録しておいてもよい。
【００３８】
無線通信端末１００は、まず履歴データベース１１０に記録されているデータの質および量が所定の基準を満たしているか否かを確認する（ステップＳ４）。履歴データベース１１０に記録されているデータの質または量が所定の基準を満たしていないと判断した場合には改めて周辺のマルチモードセンサ端末２００に要求パケットをブロードキャストし、情報収集を行う（ステップＳ５）。そして、ステップＳ６に進む。
【００３９】
一方、履歴データベース１１０に記録されているデータの質または量が所定の基準を満たしていると判断した場合には、そのままステップＳ６に進む。そして、履歴データベース１１０に記録されているデータに基づいて上りリンク情報（上り方向について得られる伝送レート等）を予測する（ステップＳ７）。このようにして、無線通信端末１００は履歴データベース１１０を検索し、現在の状況と最も類似した環境において得られた上りリンク情報を算出し、記録する。これを全通信方式について繰り返し（ステップＳ８）、方式間で比較し、最終的に利用する無線通信方式を選択する（ステップＳ９）。そして、センシングデータを送信して（ステップＳ１０）、終了する。なお、以上の動作は、無線通信端末にプログラムを実行させることで行なわれる。
【００４０】
（実施例）
次に、実施例を挙げて無線通信端末１００の具体的な動作を説明する。
【実施例１】
【００４１】
現在の状況と履歴データベースに記載の状況の類似性を確認するためのパラメータとして無線基地局から送信される信号の減衰量がある。基地局からの減衰量の類似は基地局と移動機との間の環境の類似を意味するため、減衰量の最も近い結果を評価値として用いることができる。
【００４２】
図５は、履歴データベースに記録されているデータの例を示すテーブルである。図５に示す例では、基地局からの減衰量を検索キーとしている。したがって、無線通信端末１００での減衰量が150[dB]と測定された場合、テーブル中145[dB]の減衰量であったケースが最も類似していると判断する。そして、当該システムにアクセスした場合には、過去の履歴である2,600[kbps]の伝送レートが得られるものとみなす。同じ減衰量のデータが複数存在した場合には平均化処理などした値を伝送レートの期待値とみなして採用する。ここでの統計処理には加算平均、中央値の採用などが考えられるが、適宜最適な統計処理を採用すればよい。なお、検索キーとした減衰量の算出についても同様であり、時間方向での平均値や最大値、最小値、中央値などの様々な統計処理を施した値を用いることが可能である。
【実施例２】
【００４３】
現在の状況と履歴データベースに記載の状況の類似性を確認するためのパラメータとして履歴データベースに登録された時刻情報がある。上り伝送レートは同時接続ユーザ数などにも大きく依存するため、より近い時間帯のデータであれば、同時接続ユーザ数も類似している可能性が高く、より近い状況である可能性が高い。その他、一般的にトラヒック量は曜日や時刻などへの依存性があることが多いため、同じ曜日および時刻におけるデータを類似した状況として認識することも可能である。
【００４４】
図６は、状況類似性確認の処理の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、時刻による検索、類似性確認を行う（ステップＴ１）。次に、減衰量による検索、類似性確認を行う（ステップＴ２）。これらの処理により得られた類似性をもとに類似性の高いデータを決定し、得られる伝送レートを決定する。
【００４５】
図７は、周辺環境情報の例を示すテーブルである。図７に示す例を用いて上記の類似性確認および伝送レート決定処理を行った場合の一例を説明する。まず、現在時刻から閾値Tだけ遡ったデータ以降を最新データとして参照する。時刻が2010-12-28 20:25:10、Tが1[h]とすると、履歴データベース内では「2010-12-28 19:45:10」のデータおよび「2010-12-28 19:12:30」のデータを最新のデータとして参照する。
【００４６】
次に減衰量が138[dB]であったとし、本値と閾値L[dB]以内の範囲にある減衰量を類似していると見なす。この場合Lを5[dB]とすると、上記の２つの参照データの双方が類似するデータの候補となる。
【００４７】
そして、例えば伝送レートから、当該方式を用いた場合に期待できる伝送レートを予測する。ここで得られた伝送レートの加算平均を採用しても良く、最大値または最小値、中央値を採用してもよい。
【００４８】
さらに、同じ曜日のデータも参照対象とした場合には上記の伝送レートの予測処理において同じ曜日のデータの内、閾値T以内のデータを参照する。なお、実施例に記した項目以外にも、ＭＩＭＯの利用可否なども状況の類似性判定には重要であり、これらの項目を図７に示したように履歴データベース１１０に登録し、条件が一致する場合を類似した環境と見なすことも可能である。
【００４９】
このようにして、本発明は、無線アクセスインフラ３００への負荷や消費電力を削減しつつも最適な無線通信方式を選択することが可能となる。その結果、多様な無線方式から最適な方式を選択可能な無線通信端末を実現できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  無線通信システム
１００  無線通信端末
１１０  履歴データベース
１２０  情報収集部
１４０  自機情報監視部
１５０  上りリンク情報予測部
１６０  無線通信方式選択部
１７０  無線通信部
２００  マルチモードセンサ端末
３００  無線アクセスインフラ
４００  センシングデータ管理サーバ群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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