(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数の端末装置から送信されるパケットを受信する受信手段と、
受信された前記パケットのヘッダ情報から前記端末装置を特定する識別子を抽出する抽出手段と、
抽出された前記識別子により特定される前記端末装置ごとのチャネル占有率を計算する計算手段と、
前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置ごとのチャネル占有率を予測する端末占有率予測手段と、
前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する全体占有率予測手段と、
全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理を行う処理手段と
を備える通信装置。
【請求項２】
前記通信装置と前記端末装置は、コグニティブ無線による通信を行っており、
前記処理手段は、全体のチャネル占有率の予測結果から得られるプライマリシステムのチャネル占有率の最も低いチャネルに対して、前記プライマリシステムと周波数帯域を共用するセカンダリシステムを割り当てる
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記端末占有率予測手段は、１又は複数の前記端末装置の中から、無線通信を終了した特定の端末装置が検出された場合、前記特定の端末装置に対するチャネル占有率の予測を中止し、
前記全体占有率予測手段は、中止された前記特定の端末装置のチャネル占有率の予測以外のチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する
請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果を蓄積する蓄積手段をさらに備え、
前記全体占有率予測手段は、新たに無線通信を開始した端末装置が検出された場合、蓄積された過去のチャネル占有率の最大値を、予測する全体のチャネル占有率であるとみなし、その後、前記端末占有率予測手段により、新たに無線通信を開始した端末装置についての一定のチャネル占有率が予測されたとき、前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する
請求項２に記載の通信装置。
【請求項５】
全体のチャネル占有率は、ｋ番目の前記端末装置のチャネル占有率の自己回帰係数をφ(ｋ)ｉとし、時刻ｔのｋ番目の前記端末装置のチャネル占有率をＸ(ｋ)ｔとし、平均０、分散Ｖの正規分布をｂ(ｋ)とし、自己回帰の次数をｐとし、前記端末装置の数をＮとしたとき、ARモデル（Autoregressive model）を用いて、
【数１】
0005419091.tif 000006
により予測される
請求項１に記載の通信装置。
【請求項６】
前記識別子は、前記ヘッダ情報に格納された前記端末装置のIP（Internet Protocol）アドレス又はMAC（Media Access Control）アドレスである
請求項１に記載の通信装置。
【請求項７】
前記ヘッダ情報には、前記端末装置で実行されているアプリケーションを特定する識別子がさらに含まれており、
前記計算手段は、前記識別子により特定される前記端末装置で実行されているアプリケーションごとのチャネル占有率を計算し、
前記端末占有率予測手段は、前記端末装置のアプリケーションごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置のアプリケーションごとのチャネル占有率を予測し、
前記全体占有率予測手段は、前記端末装置のアプリケーションごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する
請求項１に記載の通信装置。
【請求項８】
前記識別子は、前記ヘッダ情報に格納された前記端末装置のIPアドレス又はMACアドレス、及びポート番号である
請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
通信装置が、
１又は複数の端末装置から送信されるパケットを受信し、
受信された前記パケットのヘッダ情報から前記端末装置を特定する識別子を抽出し、
抽出された前記識別子により特定される前記端末装置ごとのチャネル占有率を計算し、
前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置ごとのチャネル占有率を予測し、
前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測し、
全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理を行う
ステップを含む通信方法。
【請求項１０】
１又は複数の端末装置から送信されるパケットを受信する受信手段と、
受信された前記パケットのヘッダ情報から前記端末装置を特定する識別子を抽出する抽出手段と、
抽出された前記識別子により特定される前記端末装置ごとのチャネル占有率を計算する計算手段と、
前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置ごとのチャネル占有率を予測する端末占有率予測手段と、
前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する全体占有率予測手段と、
全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理を行う処理手段と
して、コンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置及び方法、並びにプログラムに関し、特に、チャネル占有率の予測精度を向上させることができるようにした通信装置及び方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、同一の周波数で複数の無線システムを共用するシステムが、コグニティブ無線技術として注目されている。
【０００３】
コグニティブ無線システムでは、従来のシステム（以下、プライマリシステムという）が利用している周波数帯域を共用して、２次システム（以下、セカンダリシステムという）が通信を実施する形態が考えられており、限りある周波数資源を有効に利用する手法として注目されている。
【０００４】
このようなプライマリ・セカンダリ周波数共用システムでは、プライマリシステムを保護した上で、セカンダリシステムの運用を行う必要があり、プライマリシステムを保護しつつ、セカンダリシステムが最大周波数帯域を活用することが求められる。
【０００５】
プライマリ・セカンダリ周波数共用システムには、様々な手法があるものの、その一つの形態としては、プライマリシステムとして無線LANのようなもともと周波数を複数ユーザで自律的に共用している無線システムを考え、そのシステムが時間的に利用していない間を、セカンダリシステムが利用することにより周波数を有効利用することが考えられている。このような周波数共有システムでは、プライマリシステムである無線LANの通信を保護しつつ、セカンダリシステムを利用する必要がある。
【０００６】
この一つの方式として、プライマリシステムのチャネル占有率を求め、その占有率をもとにして、セカンダリシステムのアクセス確率を変更する手法や、パケット送信開始時のバックオフ時間を適応的に低減する手法により、プライマリシステムへ与える影響を適応的に低減する方式が考えられている。これらの方式では、チャネル占有率をもとにして、プライマリシステムが確実に通信できる時間を残しつつ、周波数を共用してセカンダリシステムが通信を実施するものであり、自律的に高い周波数共用特性が得られることが分かっている。
【０００７】
また、特許文献１には、コグニティブ無線システムにおいて、パケットの時間占有率を監視して、パケットの欠如の補完を行う無線環境監視装置が提案されている。
【０００８】
また、上述したコグニティブ無線システムに限らず、時間占有率を利用するものとしては、回線の占有率を利用して、不必要な親局を休止モードにすることで、無線LANにおける消費電力削減を行う無線LANシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−４９５８８号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、コグニティブ無線システムにおいて、プライマリシステムとしてランダムアクセスを行う無線LAN通信などでは、無線環境が時々刻々と変化するため、現時点の無線環境情報のみでは情報が不十分であり、無線環境を予測することが必要になるが、その予測の精度確保が困難であるという問題があった。
【００１１】
特許文献１には、コグニティブ無線システムにおいて、パケットの時間占有率を監視することが記載されているが、特定の端末装置のトラヒック変動に対する予測手法については記載されておらず、時間占有率を予測しきれない場合がある。
【００１２】
また、特許文献２には、回線の占有率を利用することが記載されているが、占有率の予測については記載されておらず、また、回線の占有率の周波数共用への利用についても記載されていいない。
【００１３】
以上のように、従来のチャネル占有率の予測では、精度確保が困難であるため、チャネル占有率の予測精度を向上させることが求められていた。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、チャネル占有率の予測精度を向上させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の通信装置は、１又は複数の端末装置から送信されるパケットを受信する受信手段と、受信された前記パケットのヘッダ情報から前記端末装置を特定する識別子を抽出する抽出手段と、抽出された前記識別子により特定される前記端末装置ごとのチャネル占有率を計算する計算手段と、前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置ごとのチャネル占有率を予測する端末占有率予測手段と、前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する全体占有率予測手段と、全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理を行う処理手段とを備える。
【００１６】
前記通信装置と前記端末装置は、コグニティブ無線による通信を行っており、前記処理手段は、全体のチャネル占有率の予測結果から得られるプライマリシステムのチャネル占有率の最も低いチャネルに対して、前記プライマリシステムと周波数帯域を共用するセカンダリシステムを割り当てる。
【００１７】
前記端末占有率予測手段は、１又は複数の前記端末装置の中から、無線通信を終了した特定の端末装置が検出された場合、前記特定の端末装置に対するチャネル占有率の予測を中止し、前記全体占有率予測手段は、中止された前記特定の端末装置のチャネル占有率の予測以外のチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する。
【００１８】
前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果を蓄積する蓄積手段をさらに備え、前記全体占有率予測手段は、新たに無線通信を開始した端末装置が検出された場合、蓄積された過去のチャネル占有率の最大値を、予測する全体のチャネル占有率であるとみなし、その後、前記端末占有率予測手段により、新たに無線通信を開始した端末装置についての一定のチャネル占有率が予測されたとき、前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する。
【００１９】
全体のチャネル占有率は、ｋ番目の前記端末装置のチャネル占有率の自己回帰係数をφ(ｋ)ｉとし、時刻ｔのｋ番目の前記端末装置のチャネル占有率をＸ(ｋ)ｔとし、平均０、分散Ｖの正規分布をｂ(ｋ)とし、自己回帰の次数をｐとし、前記端末装置の数をＮとしたとき、ARモデル（Autoregressive model）を用いて、
【数１】
0005419091.tif 000002
により予測される。
【００２０】
前記識別子は、前記ヘッダ情報に格納された前記端末装置のIP（Internet Protocol）アドレス又はMAC（Media Access Control）アドレスである。
【００２１】
前記ヘッダ情報には、前記端末装置で実行されているアプリケーションを特定する識別子がさらに含まれており、前記計算手段は、前記識別子により特定される前記端末装置で実行されているアプリケーションごとのチャネル占有率を計算し、前記端末占有率予測手段は、前記端末装置のアプリケーションごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置のアプリケーションごとのチャネル占有率を予測し、前記全体占有率予測手段は、前記端末装置のアプリケーションごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する。
【００２２】
前記識別子は、前記ヘッダ情報に格納された前記端末装置のIPアドレス又はMACアドレス、及びポート番号である。
【００２３】
本発明の通信方法は、通信装置が、１又は複数の端末装置から送信されるパケットを受信し、受信された前記パケットのヘッダ情報から前記端末装置を特定する識別子を抽出し、抽出された前記識別子により特定される前記端末装置ごとのチャネル占有率を計算し、前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置ごとのチャネル占有率を予測し、前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測し、全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理を行うステップを含む。
【００２４】
本発明のプログラムは、１又は複数の端末装置から送信されるパケットを受信する受信手段と、受信された前記パケットのヘッダ情報から前記端末装置を特定する識別子を抽出する抽出手段と、抽出された前記識別子により特定される前記端末装置ごとのチャネル占有率を計算する計算手段と、前記端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、前記端末装置ごとのチャネル占有率を予測する端末占有率予測手段と、前記端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果を集約して、全体のチャネル占有率を予測する全体占有率予測手段と、全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理を行う処理手段として、コンピュータを機能させる。
【００２５】
本発明の通信装置及び方法、並びにプログラムにおいては、１又は複数の端末装置から送信されるパケットが受信され、受信されたパケットのヘッダ情報から端末装置を特定する識別子が抽出され、抽出された識別子により特定される端末装置ごとのチャネル占有率が計算され、端末装置ごとのチャネル占有率の計算結果に基づいて、端末装置ごとのチャネル占有率が予測され、端末装置ごとのチャネル占有率の予測結果が集約され、全体のチャネル占有率が予測され、全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理が行われる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、チャネル占有率の予測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した無線LANシステムの構成例を示す図である。
【図２】本発明を適用した通信装置の一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】チャネル占有率予測処理を説明するフローチャートである。
【図４】パケットのヘッダ情報の例を示す図である。
【図５】チャネル占有率の計算方法について説明する図である。
【図６】プライマリシステムのチャネル占有率の予測結果に基づいたセカンダリシステムの割り当てについて説明する図である。
【図７】チャネル占有率予測精度の推移を示す図である。
【図８】コンピュータの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明を無線LANシステムに適用した場合の実施の形態
２．変形例
【００２９】
＜１．本発明を無線LANシステムに適用した場合の実施の形態＞
まず、図１乃至図７を参照して、本発明を無線LANシステムに適用した場合の実施の形態について説明する。
【００３０】
［無線LANシステムの構成例］
図１は、本発明を適用した無線LANシステムの構成例を示す図である。
【００３１】
無線LANシステム１は、例えば、同じ室内に設置される、１台の親通信装置１１、２台の子通信装置１２１及び子通信装置１２２、並びにＮ台の端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎから構成される。
【００３２】
親通信装置１１は、例えば、無線LAN用の中継器であって、自身を中心として形成される無線通信エリア内の配下の子通信装置１２１及び子通信装置１２２との通信を無線により行う。
【００３３】
また、親通信装置１１には、モデムを内蔵したルータ（不図示）がケーブルを介して接続されており、ルータ内のモデムは、CATV回線、xDSL回線等の通信回線と、プロバイダの専用回線を介してインターネットに接続されている。
【００３４】
子通信装置１２１及び子通信装置１２２は、例えば、親通信装置１１により管理される無線LAN用の中継器であって、子通信装置１２１及び子通信装置１２２のそれぞれを中心として、無線通信エリアが形成されている。
【００３５】
端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎは、例えば、パーソナルコンピュータや携帯情報端末（PDA：Personal Digital Assistant）などの端末である。端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎには、子通信装置１２１及び子通信装置１２２との間で電波の送受信を行えるようにする無線LAN接続用デバイスとして、無線LANアダプタがそれぞれ装着されている。
【００３６】
子通信装置１２１及び子通信装置１２２のそれぞれを中心とする無線通信エリア内に入った端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎは、装着された無線LANアダプタと、子通信装置１２１又は子通信装置１２２のいずれか（基本的には、最も近くに配置されている子通信装置１２）との間で電波が送受信されることにより、子通信装置１２との通信を無線により行う。
【００３７】
これにより、端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎは、それぞれ、子通信装置１２１又は子通信装置１２２を中心とする無線通信エリアに属して、子通信装置１２１又は子通信装置１２２と、親通信装置１１との間の無線通信を介することにより、親通信装置１１に接続されたルータ（不図示）を介したインターネットへの接続を行うことが可能となる。
【００３８】
また、図１において、端末装置１３１と端末装置１３２のように、同じ子通信装置１２１を中心とする無線通信エリアに属している端末間において互いに無線通信を行うことは勿論、端末装置１３１と端末装置１３３のように、異なる子通信装置１２１と子通信装置１２２を中心とする無線通信エリアにそれぞれ属している端末間においても、子通信装置１２１及び子通信装置１２２と親通信装置１１との間での無線通信を介して、互いに無線通信を行うことが可能となる。
【００３９】
なお、図１の無線LANシステム１では、１台の親通信装置１１と、２台の子通信装置１２１及び子通信装置１２２からなる構成について説明したが、複数台の親通信装置１１を設けて、それらの親通信装置１１をそれぞれLANケーブルなどにより接続して構成するようにしてもよい。また、図１の無線LANシステム１では、親子関係を有する親通信装置１１と子通信装置１２１及び子通信装置１２２とからなる構成を図示したが、親通信装置１１又は子通信装置１２のいずれか一方の通信装置のみを設けて、その一方の通信装置が、単独で、端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎとの間で互いに行われる無線通信を可能にさせるとともに、ルータ（不図示）を接続して、インターネットへの接続を可能にさせる構成としてもよい。すなわち、例えば、無線LANシステム１は、アクセスポイントとしての親通信装置１１と、アクセスポイント（親通信装置１１）に接続する端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎから構成されるものであってもよい。
【００４０】
また、以下の説明では、子通信装置１２１及び子通信装置１２２を個々に区別する必要がない場合、単に、子通信装置１２と称し、親通信装置１１と子通信装置１２を個々に区別する必要がない場合、総称して通信装置という。さらに、端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎを個々に区別する必要がない場合、単に、端末装置１３と称するとともに、端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎのうち、任意のものを、端末装置１３ｋと称する。
【００４１】
［通信装置の構成例］
図２は、本発明を適用した通信装置の一実施の形態の構成を示す図である。
【００４２】
なお、図２では、子通信装置１２の構成を示しているが、親通信装置１１の構成も基本的には同様である。
【００４３】
子通信装置１２は、制御部１００、アンテナ１０１、無線LAN通信部１０２、パケットヘッダ解析部１０３、分離部１０４、占有率計算部１０５１ないし占有率計算部１０５Ｎ、占有率蓄積部１０６１ないし占有率蓄積部１０６Ｎ、占有率予測部１０７１ないし占有率予測部１０７Ｎ、及び全体占有率予測部１０８から構成される。
【００４４】
アンテナ１０１は、親通信装置１１又は端末装置１３との間で所定の周波数帯域の電波を送受するために設けられる。アンテナ１０１は、親通信装置１１又は端末装置１３から送信されてくる電波を受信した場合、その電波信号を、無線LAN通信部１０２に供給する。
【００４５】
無線LAN通信部１０２は、子通信装置１２の各部の動作を制御する制御部１００の制御にしたがって、パケットの変調処理又は復調処理を行う。すなわち、無線LAN通信部１０２は、アンテナ１０１により電波信号が受信された場合、受信された電波信号からパケットを復調し、パケットヘッダ解析部１０３に供給する。また、無線LAN通信部１０２は、パケットを変調し、アンテナ１０１より電波信号として送信する。
【００４６】
パケットヘッダ解析部１０３は、無線LAN通信部１０２から供給されるパケットのヘッダ情報を抽出して解析を行う。パケットヘッダ解析部１０３は、ヘッダ情報の解析結果を分離部１０４に供給する。
【００４７】
なお、ヘッダ情報の解析結果としては、例えば、端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎを特定する識別子であるIP（Internet Protocol）アドレス又はMAC（Media Access Control）アドレスが得られる。
【００４８】
分離部１０４は、パケットヘッダ解析部１０３からの解析結果に基づいて、端末装置１３（ユーザ）ごとに復調されたパケットを分離して、占有率計算部１０５１ないし占有率計算部１０５Ｎに供給する。
【００４９】
すなわち、図１の端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎのそれぞれから送信されたパケットは、分離部１０４によって、端末装置１３ごとにＮ通りに分離され、Ｎ通りに分離されたパケットがそれぞれ対応する占有率計算部１０５１ないし占有率計算部１０５Ｎのいずれかに入力される。例えば、図１の端末装置１３１から送信されたパケットは、占有率計算部１０５１に入力され、図１の端末装置１３２から送信されたパケットは、占有率計算部１０５２に入力される。同様に、図１の端末装置１３Ｎから送信されたパケットは、占有率計算部１０５Ｎに入力されることになる。
【００５０】
占有率計算部１０５１は、分離部１０４から供給される、端末装置１３１から送信されたパケットのチャネル占有率を計算する。占有率計算部１０５１は、計算により得られた端末装置１３１のチャネル占有率の計算結果を、占有率蓄積部１０６１に供給する。
【００５１】
占有率蓄積部１０６１は、占有率計算部１０５１から供給される、端末装置１３１のチャネル占有率の計算結果を蓄積するとともに、占有率予測部１０７１に供給する。すなわち、占有率蓄積部１０６１には、過去に計算されたチャネル占有率の計算結果が順次蓄積されることになる。
【００５２】
占有率予測部１０７１は、占有率蓄積部１０６１から供給される、端末装置１３１のチャネル占有率の計算結果に基づいて、端末装置１３１のチャネル占有率を予測する。この予測結果は、全体占有率予測部１０８に供給される。
【００５３】
同様にして、占有率計算部１０５２ないし占有率計算部１０５Ｎには、それぞれ、端末装置１３２ないし端末装置１３Ｎから送信されてきたパケットが入力されるので、占有率計算部１０５２ないし占有率計算部１０５Ｎによって、端末装置１３２ないし端末装置１３Ｎのそれぞれのチャネル占有率が計算される。続いて、占有率蓄積部１０６２ないし占有率蓄積部１０６Ｎによって、端末装置１３２ないし端末装置１３Ｎのそれぞれのチャネル占有率の計算結果が蓄積され、占有率予測部１０７２ないし占有率予測部１０７Ｎによって、端末装置１３２ないし端末装置１３Ｎのそれぞれのチャネル占有率が予測される。そして、占有率予測部１０７２ないし占有率予測部１０７Ｎによって予測された端末装置１３ごとの予測結果は、すべて、全体占有率予測部１０８に供給される。
【００５４】
全体占有率予測部１０８には、占有率予測部１０７１ないし占有率予測部１０７Ｎからの端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎごとに予測されたチャネル占有率の予測結果が入力される。
【００５５】
全体占有率予測部１０８は、端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎごとに予測されたチャネル占有率の予測結果を集約して（足し合わせて）、全体のチャネル占有率を予測する。全体占有率予測部１０８により予測された全体のチャネル占有率の予測結果は、制御部１００に供給される。
【００５６】
制御部１００は、全体占有率予測部１０８から供給される全体のチャネル占有率の予測結果に基づいて、所定の通信処理を行う。この通信処理としては、例えば、子通信装置１２と端末装置１３１ないし端末装置１３Ｎが、コグニティブ無線による通信を行っている場合、制御部１００は、無線LAN通信部１０２を制御して、全体のチャネル占有率の予測結果から得られるプライマリシステムのチャネル占有率の最も低いチャネルに対して、そのプライマリシステムと周波数帯域を共用するセカンダリシステムを割り当てる処理を行う。
【００５７】
なお、以下の説明では、占有率計算部１０５１ないし占有率計算部１０５Ｎを個々に区別する必要がない場合、単に、占有率計算部１０５と称し、占有率蓄積部１０６１ないし占有率蓄積部１０６Ｎを個々に区別する必要がない場合、単に、占有率蓄積部１０６と称し、占有率予測部１０７１ないし占有率予測部１０７Ｎを個々に区別する必要がない場合、単に、占有率予測部１０７と称する。
【００５８】
また、占有率計算部１０５１ないし占有率計算部１０５Ｎ、占有率蓄積部１０６１ないし占有率蓄積部１０６Ｎ、占有率予測部１０７１ないし占有率予測部１０７Ｎのうち、任意のものを、それぞれ、占有率計算部１０５ｋ、占有率蓄積部１０６ｋ、占有率予測部１０７ｋと称する。
【００５９】
［チャネル占有率予測処理］
次に、図３のフローチャートを参照して、図２の子通信装置１２により実行される、チャネル占有率予測処理について説明する。
【００６０】
ステップＳ１１において、制御部１００は、無線LAN通信部１０２を制御して、子通信装置１２の周辺に配置されている端末装置１３の通信状況を監視する。すなわち、制御部１００は、無線LAN通信部１０２を制御して、TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）などのプロトコルにしたがって交換されるパケットを監視することにより、無線LAN通信を開始又は終了した端末装置１３を特定できる。このとき、パケットヘッダ解析部１０３は、無線LAN通信部１０２により復調されたパケットのヘッダ情報を解析して、端末装置１３を特定する識別子を抽出する。
【００６１】
図４は、パケットのヘッダ情報の例を示す図である。
【００６２】
図４に示すように、パケットは、データと、そのデータに付加されたヘッダ情報から構成される。ヘッダ情報には、図４に示すように、送信元の端末装置１３のMACアドレスを示す送信元MACアドレス、宛先の機器のMACアドレスを示す宛先MACアドレス、IPのバージョンを示すIPバージョン、上位層の種別を示すプロトコル番号、送信元の端末装置１３のIPアドレスを示す送信元IPアドレス、宛先の機器のIPアドレスを示す宛先IPアドレス、パケットの長さを示すパケット長、送信元の端末装置１３のポートを示す送信元ポート、及び宛先の機器のポートを示す宛先ポートが格納される。
【００６３】
図４のパケットのヘッダ情報のうち、送信元IPアドレスと送信元MACアドレスは、パケットの送信元の端末装置１３を特定するための識別子となるため、例えば、パケットヘッダ解析部１０３は、ヘッダ情報の解析結果として、送信元IPアドレス又は送信元MACアドレスを分離部１０４に供給する。分離部１０４は、パケットヘッダ解析部１０３からの送信元IPアドレス又は送信元MACアドレスを用いて、パケットを送信してきた端末装置１３ごとにパケットを分離し、対応する占有率計算部１０５に供給する。
【００６４】
図３のフローチャートの説明に戻り、ステップＳ１２において、制御部１００は、通信状況の監視結果に基づいて、無線LAN通信を開始又は終了した端末装置１３を検出したか否かを判定する。
【００６５】
ステップＳ１２において、無線LAN通信を開始又は終了した端末装置１３が検出されていないと判定された場合（ステップＳ１２の「No」）、処理は、ステップＳ１３に進み、以降、端末装置１３ごとの通常のチャネル占有率の予測処理が行われる。ここでは、説明の簡略化のため、任意の端末装置１３ｋに対するチャネル占有率の予測処理を代表して説明する。
【００６６】
すなわち、ステップＳ１３において、占有率計算部１０５ｋは、分離部１０４から供給される、端末装置１３ｋのチャネル占有率を計算する。
【００６７】
ここで、図５を参照して、時間経過に対する無線環境の使用率であるチャネル占有率（時間占有率）の計算方法について説明する。
【００６８】
図５に示すように、所定のチャネルにおいて、例えば、集計時間Δｔの間に、時間ｔ１、時間ｔ２、時間ｔ３にパケットが伝送された場合、チャネル占有率は、下記の式（１）により計算される。
【００６９】
チャネル占有率＝（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）／Δｔ・・・（１）
【００７０】
なお、式（１）において、パケットの伝送時間ｔｎは、ｔｎ＝パケット長／伝送レートにより求めることができる。
【００７１】
図３のフローチャートの説明に戻り、ステップＳ１４において、占有率蓄積部１０６ｋは、占有率計算部１０５ｋにより計算された端末装置１３ｋのチャネル占有率を蓄積する。
【００７２】
ステップＳ１５において、占有率予測部１０７ｋは、占有率計算部１０５ｋにより計算された端末装置１３ｋのチャネル占有率に基づいて、端末装置１３ｋのチャネル占有率を予測する。
【００７３】
ステップＳ１６において、全体占有率予測部１０８は、占有率予測部１０７ｋにより予測された端末装置１３ｋのチャネル占有率の予測結果を集約する。
【００７４】
ステップＳ１６の処理が終了すると、ステップＳ１７において、全ての端末装置１３の予測結果を集約したかが判定され、まだ、全ての端末装置１３についての予測結果の集約が終了していないと判定された場合（ステップＳ１７の「No」）、処理は、ステップＳ１１に戻る。
【００７５】
そして、上述したように、ステップＳ１１において、周辺に配置されている端末装置１３の通信状況が監視され、無線LAN通信を開始又は終了した端末装置１３が検出されていないと判定された場合（ステップＳ１２の「No」）、上述したステップＳ１１ないしＳ１７の処理が繰り返される。すなわち、端末装置１３ｋごとのチャネル占有率が計算されて蓄積されるとともに、端末装置１３ｋごとのチャネル占有率が予測式により予測され、集約される。
【００７６】
このチャネル占有率の予測には、例えば、ARモデル（Autoregressive model）を用いたチャネル占有率の予測式を適用することができる。すなわち、端末装置１３ｋごとに予測されたチャネル占有率を集約するARモデルを用いた予測式は、下記の式（２）のように表される。
【００７７】
【数２】
0005419091.tif 000003
【００７８】
Ｘ＾ｔ：時刻ｔのチャネル占有率の予測値（左辺）
φ(ｋ)ｉ：ｋ番目の端末装置１３ｋ（ユーザ）のチャネル占有率の自己回帰係数
Ｘ(ｋ)ｔ：時刻ｔのｋ番目の端末装置１３ｋ（ユーザ）のチャネル占有率
ｂ(ｋ)：平均０、分散Ｖの正規分布
ｐ：自己回帰の次数
Ｎ：端末装置１３（ユーザ）の数
【００７９】
すなわち、式（２）においては、端末装置１３ｋごとに予測パラメータが決定されるため、全体の予測精度を向上させることができる。
【００８０】
例えば、式（２）のような、端末装置１３ｋごとに予測パラメータを決定する手法ではなく、下記の式（３）のように、全体チャネルでのARモデルを用いたチャネル占有率を予測する手法であると、チャネル全体と異なるトラヒックを持つ端末装置１３が存在する場合などにチャネル占有率を予測しきれないことも考えられ、チャネル占有率の予測精度が低下する可能性がある。
【００８１】
【数３】
0005419091.tif 000004
【００８２】
Ｘ＾t：時刻ｔのチャネル占有率の予測値（左辺）
φi：全体チャネル占有率の自己回帰係数
Ｘt：時刻ｔの実際のチャネル占有率
ｂ：平均０、分散Ｖの正規分布
ｐ：自己回帰の次数
【００８３】
以上のように、本発明では、チャネル占有率の予測手法として、ARモデルを用いた予測法を適用するに際し、周囲の端末装置１３（ユーザ）ごとにチャネル占有率の予測を行い、その予測結果を足し合わせることで、チャネル全体の占有率を予測している。
【００８４】
図３のフローチャートの説明に戻り、ステップＳ１７において、全ての端末装置１３の予測結果を集約したと判定された場合、処理は、ステップＳ１８に進む。
【００８５】
ステップＳ１８において、全体占有率予測部１０８は、全体のチャネル占有率予測結果を制御部１００に出力する。
【００８６】
ステップＳ１９において、制御部１００は、全体占有率予測部１０８から出力された全体のチャネル占有率予測結果（次のフレームのチャネル占有率予測結果）に基づいて、所定の通信処理を行う。
【００８７】
例えば、制御部１００は、全体のチャネル占有率の予測結果から得られるプライマリシステムのチャネル占有率に基づいて、所定のチャネルに対して、プライマリシステムと周波数帯域を共用するセカンダリシステムが割り当てられるように、無線LAN通信部１０２を制御する。
【００８８】
図６は、プライマリシステムのチャネル占有率の予測結果に基づいたセカンダリシステムの割り当てについて説明する図である。
【００８９】
図６には、全体占有率予測部１０８により予測された全体のチャネル占有率の予測結果として、３つのチャネル（チャネル１ないしチャネル３）のチャネル占有率が図示されている。
【００９０】
チャネル１は、チャネル占有率が60％であり、チャネル全体のうち、60％がプライマリシステムにより使用されている。また、チャネル２では、チャネル占有率が20％であり、その20％のチャネルがプライマリシステムに使用され、チャネル３では、チャネル占有率が80％であり、その80％のチャネルがプライマリシステムに使用されている。
【００９１】
ここで、チャネル占有率80％のチャネル３にセカンダリシステムを割り当ててしまうと、プライマリシステムに干渉を与える可能性が高くなる一方、チャネル占有率20％のチャネル２にセカンダリシステムを割り当てると、プライマリシステムに干渉を与える可能性は低くなる。
【００９２】
そこで、制御部１００は、コグニティブ無線による通信により、プライマリ・セカンダリシステム共用を行う場合、チャネル１ないしチャネル３のうち、プライマリシステムのチャネル占有率の最も低いチャネル２に対して、セカンダリシステムが割り当てられるようにする。これにより、プライマリシステムに干渉を与える確率の最も低いチャネル２に、セカンダリシステムを割り当てることができるため、プライマリシステムを確実に保護することができる。換言すれば、制御部１００は、無線LAN通信部１０２を制御して、チャネル占有率に基づいたプロトコル制御により、プライマリシステムを保護しつつセカンダリシステムを運用することが可能となる。
【００９３】
より具体的には、例えば、無線LAN通信として、IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）802.11b規格を使用する場合、IEEE802.11b規格では、2.4GHzの周波数帯域が使用され、１ｃｈないし１４ｃｈの１４個が利用可能なチャネルとなるが、１ｃｈないし１４ｃｈのうち、プライマリシステムのチャネル占有率の最も低いチャネルに、セカンダリシステムが割り当てられることになる。また、例えば、プライマリシステムが既存の無線LAN通信であり、セカンダリシステムが別の無線システム（例えば無線LAN通信や小さなセルラーシステムなど）で構成される場合において、通信装置は、セカンダリシステムのチャネル占有率の予測を行うようにしてもよい。この場合には、セカンダリシステムを構成する端末装置ごとにチャネル占有率が予測され、それらを集約することで、全体のチャネル占有率予測結果が得られる。このように、本発明の通信装置では、プライマリシステムやセカンダリシステムなどにとらわれることなく、端末装置ごとにチャネル占有率の予測を行って、所望のチャネル占有率予測結果を得ることができる。
【００９４】
ステップＳ１９の処理が終了すると、処理は、ステップＳ２０に進み、チャネル占有率予測を終了するか否かが判定される。ステップＳ２１において、チャネル占有率予測を継続すると判定された場合（ステップＳ２０の「No」）、ステップＳ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００９５】
そして、ステップＳ１２において、無線LAN通信を開始又は終了した端末装置１３ｋが検出されたと判定された場合（ステップＳ１２の「Yes」）、処理は、ステップＳ２１に進む。そして、ステップＳ２１，Ｓ１６において、占有率予測部１０７ｋ及び全体占有率予測部１０８は、修正予測式によりチャネル占有率を予測して、予測結果を集約する。
【００９６】
例えば、無線LAN通信を終了した端末装置１３ｋが検出された場合、占有率予測部１０７ｋは、該当する端末装置１３ｋのチャネル占有率の予測を中止する。具体的には、上記の式（２）において、該当する端末装置１３ｋのチャネル占有率の自己回帰係数をゼロにする（φ(ｋ)ｉ＝０）ことで、全体占有率予測部１０８によって、該当する端末装置１３ｋの予測結果が集約されるとき（ステップＳ１６の処理）、該当する端末装置１３ｋの予測のみが中止されることになる。
【００９７】
図７は、チャネル占有率予測精度の推移の例を示す図である。
【００９８】
図７において、横軸は時間、縦軸はチャネル占有率をそれぞれ示している。また、図中の記号のうち、菱形は実際のチャネル占有率、四角は全体のチャネル占有率、三角は端末装置１３ｋ（ユーザ）のチャネル占有率を示している。
【００９９】
ここで、時刻ｔにおいて、チャネルの65％程度の割合を使用していた端末装置１３ｋでの無線LAN通信が終了した場合、矢印Ａで囲まれた領域で示すように、時刻ｔ以降のユーザトラヒックが大きく変化することになる。このような場合でも、端末装置１３ｋごとに予測を行って、該当する端末装置１３ｋの予測を中止することで、急な変化に対しても迅速に対応して、予測精度を向上させることができる。また、詳細は、「２．変形例」で説明するが、端末装置１３ｋで実行されているアプリケーションごとのチャネル占有率を予測することで、端末装置１３ｋ側のアプリケーション層とも連携して、予測の精度をさらに改善することができる。
【０１００】
なお、図７のチャネル占有率の推移の例は、ユーザ５名（５台の端末装置１３）による実際の実験で得られたデータに基づいたユーザトラヒックとチャネルトラヒックのポアソンモデルを図示したものである。
【０１０１】
また、例えば、無線LAN通信を開始した端末装置１３ｋが検出された場合、全体占有率予測部１０８は、占有率予測部１０７を介して占有率蓄積部１０６に蓄積された過去のチャネル占有率を取得し、計測された過去のチャネル占有率の最大値を求める。そして、全体占有率予測部１０８は、過去のチャネル占有率の最大値を、予測するチャネル占有率であるとみなして、制御部１００に出力する（ステップＳ１８の処理）。この場合のチャネル占有率は、下記の式（４）により求められる。
【０１０２】
【数４】
0005419091.tif 000005
【０１０３】
さらに、この処理と並行して、占有率予測部１０７ｋは、無線LAN通信を開始した端末装置１３ｋの自己回帰係数（φ(ｋ)ｉ）を求める。そして、新たに無線LAN通信を開始した端末装置１３ｋについて、一定の情報が集まった段階で、全体占有率予測部１０８は、チャネル占有率の推測を、過去のチャネル占有率の最大値から、自己回帰係数による予測（上記の式（２）による予測）に切り替える。
【０１０４】
このように、無線LAN通信を開始した端末装置１３ｋが検出された場合、いきなり上記の式（２）を用いた予測を開始するのではなく、はじめはチャネル占有率が高めの予測を立てることで、チャネル占有率を低く見積もってしまうことを回避できる。
【０１０５】
図３のフローチャートの説明に戻り、ステップＳ２０において、チャネル占有率予測を終了すると判定された場合（ステップＳ２０の「Yes」）、図３のチャネル占有率予測処理は終了する。
【０１０６】
以上のように、無線環境は時々刻々変化するため、現時点での無線環境情報のみでは不十分であり、チャネル占有率の予測精度を向上させることが求められているが、端末装置１３ごとにチャネル占有率の予測を行うことで、全体のチャネル占有率の予測精度を向上させることができる。その結果、例えば、プライマリ・セカンダリシステムを共用で用いる場合には、プライマリシステムのチャネル占有率が求められれば、セカンダリシステムが利用可能な無線リソースが明確化されるため、その精度が向上した予測結果を用いてセカンダリシステムを割り当てることで、プライマリシステムを確実に保護することができる。また、より効率的なセカンダリシステムの運用も可能となる。
【０１０７】
また、特定の端末装置１３ｋ（ユーザ）のトラヒックが大きく変化する環境では、チャネル全体のトラヒックの変化を監視してしまうと、チャネル占有率の予測が困難であるとの問題があったが、端末装置１３ごとにチャネル占有率の予測を行うことで、ユーザのトラヒック追従性を改善することができる。
【０１０８】
＜２．変形例＞
以上の説明では、ヘッダ情報に格納された送信元IPアドレス又は送信元MACアドレスなどの端末装置１３ｋを特定する識別子を用いて、端末装置１３ｋごとのチャネル占有率を予測する例について説明したが、例えば、ヘッダ情報に格納されたポート番号などの端末装置１３ｋで実行されているアプリケーションを特定する識別子を用いて、端末装置１３ｋで実行されているアプリケーションごとのチャネル占有率を予測することも可能である。
【０１０９】
すなわち、TCP/IP通信では、IPアドレス（MACアドレス）などにより通信する端末装置１３ｋを特定してから、ポート番号などにより通信するアプリケーションを特定するため、それらの識別子を用いることで、アプリケーションごとのチャネル占有率を予測することが可能となる。この場合、チャネル占有率は、端末装置１３ごとではなく、その端末装置１３で実行されているアプリケーション単位で計算・予測されることになるため、端末装置単位で予測するよりも、より細かい単位でチャネル占有率の予測を行うことができる。
【０１１０】
なお、アプリケーションを特定するための情報としては、上述したポート番号に限らず、プライマリシステムの端末装置１３ｋから通知されるアプリケーションの停止や開始に関する情報を用いることも可能である。この場合、プライマリシステムの端末装置１３ｋから所定の情報を載せたパケットが通知されることで、通信装置側でアプリケーションの停止や開始を判定することが可能となる。
【０１１１】
特に、特定の端末装置１３ｋにおいて、ユーザによってアプリケーションの終了が指示されて、データレートが急激に下がった場合や、ユーザが新たにアプリケーションを起動したりして、急に無線LAN通信が開始された場合などは、チャネル占有率の予測がさらに困難なものとなる。そのような場合であっても、端末装置１３ごとのチャネル占有率の予測において、上位層であるアプリケーションに関する情報（アプリケーションの起動又は終了の情報）やネットワークのパケット交換の状況に関する情報（例えばTCP/IPに関する情報やデータレートの変更情報など）などを利用して、端末装置１３の通信状況を監視して、その通信状況に応じて、チャネル占有率の予測に用いられる、過去に蓄積された値や初期値などを適切に設定して、チャネル占有率の予測の精度を改善させることができる。また、端末装置１３ｋ側のアプリケーション層などの上位層と連携することで、端末装置１３ｋから送信される電波信号の大きな変化に対して追従することが可能となる。
【０１１２】
また、以上の説明では、端末装置１３ごとにチャネル占有率を集約して得られる全体のチャネル占有率予測結果を用いた通信処理として、コグニティブ無線による通信において、プライマリ・セカンダリシステムを共用で用いる場合について説明したが、全体のチャネル占有率予測結果によれば、チャネル占有率に応じた利用帯域の選択・組み合わせが可能となるため、他の通信処理に用いることができる。例えば、適応的な空きチャネルの選択や、有線ネットワークのトラヒック予測、次世代無線LAN、車車間通信システム、次世代無線分散システムなど、チャネル占有率を用いるものであれば、いずれにも適用することができる。また、近年、家屋等の建物内に配線されている電力線を介して電力線通信装置間のデータ通信である電力線通信を行うことが検討されているが、この電力線通信にも適用することができる。
【０１１３】
また、以上の説明では、無線LAN通信として、IEEE802.11b規格について説明したが、2.4GHzの周波数帯域を使用するIEEE802.11g規格など、他の無線LAN通信の規格でも同様に適用することができる。具体的には、IEEE802.11g規格の場合には、チャネル数は、１ｃｈないし１３ｃｈの１３個となるので、例えば、１ｃｈないし１３ｃｈのうち、プライマリシステムのチャネル占有率の最も低いチャネルに、セカンダリシステムが割り当てられることになる。
【０１１４】
なお、通信とは、無線通信及び有線通信は勿論、無線通信と有線通信とが混在した通信、すなわち、ある区間では無線通信が行われ、他の区間では有線通信が行われるようなものであってもよい。さらに、ある装置から他の装置への通信が有線通信で行われ、他の装置からある装置への通信が無線通信で行われるようなものであってもよい。
【０１１５】
また、通信装置は、独立した装置であってもよいし、情報処理装置の通信処理を行うブロックであってもよい。
【０１１６】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、又は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータ等に、プログラム記録媒体からインストールされる。
【０１１７】
図８は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータの構成の例を示すブロック図である。CPU（Central Processing Unit）２１１は、ROM（Read Only Memory）２１２、又は記録部２１８に記録されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM（Random Access Memory）２１３には、CPU２１１が実行するプログラムやデータ等が適宜記憶される。これらのCPU２１１、ROM２１２、及びRAM２１３は、バス２１４により相互に接続されている。
【０１１８】
CPU２１１にはまた、バス２１４を介して入出力インターフェース２１５が接続されている。入出力インターフェース２１５には、マイクロホン等よりなる入力部２１６、ディスプレイ、スピーカ等よりなる出力部２１７が接続されている。CPU２１１は、入力部２１６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU２１１は、処理の結果を出力部２１７に出力する。
【０１１９】
入出力インターフェース２１５に接続されている記録部２１８は、例えばハードディスクからなり、CPU２１１が実行するプログラムや各種のデータを記録する。通信部２１９は、インターネットやローカルエリアネットワーク等のネットワークを介して外部の装置と通信する。
【０１２０】
また、通信部２１９を介してプログラムを取得し、記録部２１８に記録してもよい。
【０１２１】
入出力インターフェース２１５に接続されているドライブ２２０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリ等のリムーバブルメディア２２１が装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータ等を取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記録部２１８に転送され、記録される。
【０１２２】
コンピュータにインストールされ、コンピュータによって実行可能な状態とされるプログラムを格納するプログラム記録媒体は、図８に示すように、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリ等よりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア２２１、又は、プログラムが一時的もしくは永続的に格納されるROM２１２や、記録部２１８を構成するハードディスク等により構成される。プログラム記録媒体へのプログラムの格納は、必要に応じてルータ、モデム等のインターフェースである通信部２１９を介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線又は無線の通信媒体を利用して行われる。
【０１２３】
なお、本明細書において、記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１２４】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【０１２５】
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１  無線LANシステム，  １１  親通信装置，  １２  子通信装置，  １３  端末装置，  １００  制御部，  １０１  アンテナ，  １０２  無線LAN通信部，  １０３  パケットヘッダ解析部，  １０４  分離部，  １０５  占有率計算部，  １０６  占有率蓄積部，  １０７  占有率予測部，  １０８  全体占有率予測部
【図１】
0005419091.tif 000007
【図２】
0005419091.tif 000008
【図３】
0005419091.tif 000009
【図４】
0005419091.tif 000010
【図５】
0005419091.tif 000011
【図６】
0005419091.tif 000012
【図７】
0005419091.tif 000013
【図８】
0005419091.tif 000014