(57)【要約】【課題】  送受信されるデータ量が非対称なシステムにおけるスループットの正確な推定を可能とすること。【解決手段】  スループット推定装置は、１台以上のデータ送信装置と１台以上のデータ受信装置とを含む無線通信システムにおけるデータ受信装置のスループットを推定するスループット推定装置であって、データ送信装置のそれぞれについて、データ送信装置に接続すると共にデータ送信装置から受信した信号に対する応答信号の送信待ち状態にある、データ受信装置の数を状態とする状態遷移確率行列に基づいて、データ受信装置による応答信号の送信確率を算出し、１回の通信で接続先のデータ送信装置がデータ受信装置へ送信するデータの量およびデータの送信に要する時間と、データ受信装置の応答信号の送信確率とに基づいて、そのデータ受信装置のスループットを推定する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台以上のデータ送信装置と１台以上のデータ受信装置とを含む無線通信システムにおける前記データ受信装置のスループットを推定するスループット推定装置であって、
前記データ送信装置のそれぞれについて、当該データ送信装置に接続すると共に当該データ送信装置から受信した信号に対する応答信号の送信待ち状態にある、前記データ受信装置の数を状態とする状態遷移確率行列に基づいて、前記データ受信装置による前記応答信号の送信確率を算出する算出手段と、
１回の通信で接続先のデータ送信装置が前記データ受信装置へ送信するデータの量および当該データの送信に要する時間と、当該データ受信装置の前記応答信号の送信確率とに基づいて、当該データ受信装置のスループットを推定する推定手段と、
を有することを特徴とするスループット推定装置。
【請求項２】
前記算出手段は、さらに、前記状態遷移確率行列に基づいて、前記データ送信装置によるデータの送信確率を算出し、
前記推定手段は、前記データ送信装置と前記データ受信装置のそれぞれについて、前記データの送信確率に当該データの１回の送信に要する時間を乗じた値と前記応答信号の送信確率に当該応答信号の１回の送信に要する時間を乗じた値とを求め、その値の和をとった値により、前記データ受信装置の前記応答信号の送信確率に１回の通信で接続先のデータ送信装置が当該データ受信装置へ送信するデータの量を乗じた値を除算することにより、当該データ受信装置のスループットを推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のスループット推定装置。
【請求項３】
前記スループットの推定において考慮される前記データ送信装置および前記データ受信装置は、予め定められたエリアに含まれるデータ送信装置及びデータ受信装置である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスループット推定装置。
【請求項４】
前記データ送信装置のそれぞれからの信号を所定の閾値以上の電力で受信しうるエリアに基づいて、前記スループットの推定において考慮する前記データ送信装置と前記データ受信装置とを決定する決定手段をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスループット推定装置。
【請求項５】
前記決定手段は、さらに、前記データ受信装置のそれぞれからの信号を前記所定の閾値以上の電力で受信しうるエリアにも基づいて、前記スループットの推定において考慮する前記データ送信装置と前記データ受信装置とを決定する、
ことを特徴とする請求項４に記載のスループット推定装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のスループット推定装置を有する置局設計装置であって、
前記データ送信装置の設置位置の複数の候補についての前記スループットの推定値に基づいて、前記候補の中から前記データ送信装置を設置すべき位置を判定する判定手段を有する、
ことを特徴とする置局設計装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載のスループット推定装置を有する異常検出装置であって、
前記データ受信装置の少なくとも１つの実測のスループットを取得する取得手段と、
前記データ受信装置の少なくとも１つのスループット推定値と前記実測のスループットとの差が所定値以上である場合、異常が発生したことを示す結果を出力する出力手段と、
を有することを特徴とする異常検出装置。
【請求項８】
１台以上のデータ送信装置と１台以上のデータ受信装置とを含む無線通信システムにおける前記データ受信装置のスループットを推定するスループット推定方法であって、
算出手段が、前記データ送信装置のそれぞれについて、当該データ送信装置に接続すると共に当該データ送信装置から受信した信号に対する応答信号の送信待ち状態にある、前記データ受信装置の数を状態とする状態遷移確率行列に基づいて、前記データ受信装置による前記応答信号の送信確率を算出する算出工程と、
推定手段が、１回の通信で接続先のデータ送信装置が前記データ受信装置へ送信するデータの量および当該データの送信に要する時間と、当該データ受信装置の前記応答信号の送信確率とに基づいて、当該データ受信装置のスループットを推定する推定工程と、
を有することを特徴とするスループット推定方法。
【請求項９】
コンピュータを、１台以上のデータ送信装置と１台以上のデータ受信装置とを含む無線通信システムにおける前記データ受信装置のスループットを推定するスループット推定装置であって、
前記データ送信装置のそれぞれについて、当該データ送信装置に接続すると共に当該データ送信装置から受信した信号に対する応答信号の送信待ち状態にある、前記データ受信装置の数を状態とする状態遷移確率行列に基づいて、前記データ受信装置による前記応答信号の送信確率を算出する算出手段と、
１回の通信で接続先のデータ送信装置が前記データ受信装置へ送信するデータの量および当該データの送信に要する時間と、当該データ受信装置の前記応答信号の送信確率とに基づいて、当該データ受信装置のスループットを推定する推定手段と、
を有するスループット推定装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信システムにおけるスループットを推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンなどの登場により、移動通信システムのトラヒックは、急激な増加傾向にある。このトラヒックの急増に対処するため、移動通信システムのトラヒックを他の無線通信システム（例えばＷｉ−Ｆｉに基づく通信システム）へオフロードすることが検討されている。特に、Ｗｉ−Ｆｉシステムを用いてトラヒックをオフロードすることをＷｉ−Ｆｉオフローディングと呼ぶ。
【０００３】
Ｗｉ−Ｆｉでは、複数の無線通信装置が、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）と呼ばれるアクセス方式を用いて１つのチャネルを共有する。ＣＳＭＡ／ＣＡを用いる無線通信装置は、センシングにより得られた受信電力が所定の閾値を超えると信号の送信を延期する。この動作を複数の無線通信装置（例えばアクセスポイント（ＡＰ、基地局）および端末）のそれぞれが実行することにより、１つのチャネルを共有する複数の無線通信装置が送信したパケットが互いに衝突する確率を抑制している。
【０００４】
Ｗｉ−Ｆｉでは、ＣＳＭＡ／ＣＡによって他の無線通信装置が送信する信号を検出するための電力の閾値が定められており、無線通信装置はこの閾値の情報を保持している。無線通信装置は、受信電力がその閾値を上回った場合に、他の無線通信装置が信号を送信していると判断して自局の送信を延期する。
【０００５】
なお、ある無線通信装置が信号を送信した場合に、その信号を上述の閾値以上の電力で受信しうる範囲は、閾値に応じて一定の範囲として定められる。以下、この閾値で決まる範囲をキャリアセンスエリアと呼ぶ。あるアクセスポイント（ＡＰ）に接続する端末とキャリアセンスエリアのイメージを図１に示す。図１は、ＡＰ１０との間で通信が可能な通信可能範囲１３と、ＡＰ１０からの信号を上述の閾値以上で受信可能なキャリアセンスエリア１４とを示している。すなわち、通信可能範囲１３内にいる端末１１は、ＡＰ１０からの信号を上述の閾値以上で受信すると共に、ＡＰ１０との間で通信が可能である。一方、キャリアセンスエリア１４内に存在するが、通信可能範囲１３外にいる端末１２は、ＡＰ１０からの信号を上述の閾値以上で受信でき、ＡＰ１０が信号を送出していることを認識することはできるが、ＡＰ１０と通信することはできない。すなわち、端末１２は、ＡＰ１０からの信号を復調することができる程度の強度で信号を受信していないが、ＡＰ１０が存在することを認識できる程度の強度で信号を受信している。一般に、端末１２が送信した信号は、ＡＰ１０においては復調できないため、ＡＰにおける受信に対しては大きな影響を与えないが、ＡＰ１０から端末１１へ送信された信号と衝突しうる。このため、例えばＡＰ１０と端末１２とが同時に信号を送信することがないように、一般に、キャリアセンスエリア１４を定める閾値は復調ができる程度の電力レベルより低い電力レベルに設定される。ただし、図１では一般的な場合を示しているが、例えば壁で区切られた空間などでは、壁によって電力が急激に減衰するため、通信可能範囲１３とキャリアセンスエリア１４との範囲が一致する場合がある。この場合など、場合によっては、復調ができる程度の電力レベルをキャリアセンスの閾値としてもよい。
【０００６】
Ｗｉ−Ｆｉオフローディングでは、トラヒックが集中するホットスポットにＡＰが設置される。このとき、ＡＰを密に設置しすぎる、あるいは、周りに第三者が設置した同一チャネルを使用するＡＰ等が存在すると、送信機会が減少し想定しているオフロード効果が得られない場合がある。
【０００７】
この課題に対して、非特許文献１から非特許文献５のようにＷｉ−Ｆｉのエリア設計に関する検討が行われている。これらの文献においては、以下の（１）から（４）の処理を行う。
【０００８】
（１）対象エリアの端末の分布と、既存のＡＰがある場合はそのＡＰの位置とを取得する。（２）対象エリア内のある位置にＡＰを設置したと仮定する（このＡＰを対象ＡＰと呼ぶ）。そして、対象ＡＰに接続する端末及び対象ＡＰによるキャリアセンスエリアを求める。（３）対象ＡＰを含むＡＰと端末とが常に送信すべきデータを有する場合を想定し、キャリアセンスエリア内に位置する他のＡＰおよび端末を考慮して、対象ＡＰに接続される各端末のスループットを推定する。（４）対象ＡＰに接続される端末のスループット推定値の総和を求め、総和が最も高くなる対象ＡＰの設置場所を求める。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｅ．Ａｍａｌｄｉ等、「ＷＬＡＮ設計において生じる非線形カバリング問題の解決（Ｓｏｌｖｉｎｇ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｃｏｖｅｒｉｎｇ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  Ａｒｉｓｉｎｇ  ｉｎ  ＷＬＡＮ  Ｄｅｓｉｇｎ）」、Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、２０１１年１月〜２月、ｖｏｌｕｍｅ  ５９、Ｎｏ．１、ｐｐ．１７３−１８７
【非特許文献２】Ｅ．Ａｍａｌｄｉ等、「ＷＬＡＮ無線カバレッジの最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  ＷＬＡＮ  Ｒａｄｉｏ  Ｃｏｖｅｒａｇｅ）」、ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年６月、ｖｏｌｕｍｅ  １、ｐｐ．１８０−１８４
【非特許文献３】石井等、「無線ＬＡＮシステムのマルチセル環境におけるスループットの理論検討」、電子情報通信学会論文誌Ｂ、２０００年３月、ｖｏｌｕｍｅ  Ｊ８３−Ｂ、Ｎｏ．３、ｐｐ．２６７−２７５
【非特許文献４】Ｓ．Ｂｏｓｉｏ等、「無線ローカルエリアネットワークの無線計画（Ｒａｄｉｏ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）」、ＩＥＥＥ／ＡＣＭ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＮＥＴＷＯＲＫＩＮＧ、２００７年１２月、ｖｏｌｕｍｅ  １５、Ｎｏ．６、ｐｐ．１４１４−１４２７
【非特許文献５】Ｘ．Ｌｉｎｇ等、「８０２．１１無線ＬＡＮのための同時アクセスポイント配置及びチャネル割り当て（Ｊｏｉｎｔ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ８０２．１１  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮｓ）」、ＩＥＥＥ  ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００６年１０月、ｖｏｌｕｍｅ  ５、Ｎｏ．１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１から非特許文献５までに記載された方法においては、ＡＰおよび端末が常に送信すべきデータがある場合を想定している。しかしながら、近年は、動画ストリーミングの視聴など、ユーザがコンテンツをダウンロードする形式のサービスが主流となってきている。このようなダウンロード型のサービスにおいては、主としてＡＰから端末への方向（下り方向）のデータ送信が行われ、端末からＡＰへの上り方向のデータは、下りデータの受信成功を伝えるＡｃｋデータなどデータ量の小さな送信が行われる程度となる。すなわち、ＡＰだけでなく端末も送信するデータを常に有することを想定する従来の手法におけるトラヒックモデルは、実際のサービスにおけるトラヒックモデルと乖離している。このため、従来の手法を用いてスループットを推定すると、正しくスループットを推定できず、適切なエリア設計を行うことができないことが課題となる。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、送受信されるデータ量が非対称なシステムにおけるスループットの正確な推定を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明によるスループット推定装置は、１台以上のデータ送信装置と１台以上のデータ受信装置とを含む無線通信システムにおける前記データ受信装置のスループットを推定するスループット推定装置であって、前記データ送信装置のそれぞれについて、当該データ送信装置に接続すると共に当該データ送信装置から受信した信号に対する応答信号の送信待ち状態にある、前記データ受信装置の数を状態とする状態遷移確率行列に基づいて、前記データ受信装置による前記応答信号の送信確率を算出する算出手段と、１回の通信で接続先のデータ送信装置が前記データ受信装置へ送信するデータの量および当該データの送信に要する時間と、当該データ受信装置の前記応答信号の送信確率とに基づいて、当該データ受信装置のスループットを推定する推定手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、送受信されるデータ量が非対称なシステムにおいてより正確なスループットの推定技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】通信可能範囲及びキャリアセンスエリアの概念を示す図。
【図２】スループット推定装置のハードウェア構成例を示す図。
【図３】スループット推定装置の機能構成例を示す図。
【図４】実施形態の説明で用いるシステムモデルを示す図。
【図５】スループット算出処理を示すフローチャート。
【図６】各ＡＰに接続する端末のうち、Ａｃｋの送信待ちをする端末の数を状態とした場合の状態遷移図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明においては、無線ＬＡＮのように、同一のチャネル（周波数帯域）を使用して基地局（アクセスポイント、ＡＰ）と端末とが通信を行う無線通信システムを想定する。そして、この無線通信システムにおいて、ＡＰから端末へはデータを送信し、端末は、データを受信した場合に応答信号（Ａｃｋデータ）を返すのみとする。そして、考慮する範囲において応答信号の送信待ちをする端末の数を状態としたときの定常状態確率を算出し、それに基づいてスループット推定値を算出する。これにより、下り又は上り方向のいずれか一方のデータ通信量が他方と比べて極端に多い、非対称な通信モデルに適したスループット推定値を算出することができる。
【００１７】
（スループット推定装置のハードウェア構成）
以下、具体的に本実施形態に係るスループット推定装置について説明する。
【００１８】
本スループット推定装置は、ハードウェア構成として、例えば、図２に示すような、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、外部記憶装置２０４を備えるコンピュータ２００により実現される。コンピュータ２００においては、ＲＯＭ２０２に記録された本方法に係るプログラムをＣＰＵ２０１により実行する。そして、例えば、各状態における定常状態確率などの中間生成物をＲＡＭ２０３に記憶させ、最終的なスループットの算出結果を外部記憶装置２０４へ格納する。また、最終的なスループットの算出結果は、不図示の表示装置に表示されてもよい。なお、スループット推定装置は、以下に説明する各機能を実行する専用のハードウェアを備えてもよいし、一部をハードウェアで実行し、その他の部分をコンピュータ２００により実行させてもよい。なお、ＲＯＭ２０２は、スループット推定装置に内蔵されていてもよく、ＣＤ、ＤＶＤ、又はＵＳＢ記録媒体等の記録媒体であって、スループット推定を実行する際にコンピュータに接続される記録媒体であってもよい。また、プログラムは外部記憶装置２０４に記憶されていてもよい。
【００１９】
（スループット推定装置の機能構成）
図３は、スループット推定装置３００の機能構成例を示す図である。スループット推定装置３００は、例えば、情報取得部３０１、ＡＰ配置記憶部３０２、端末配置記憶部３０３、ＡＰパラメータ記憶部３０４、端末パラメータ記憶部３０５、キャリアセンスレベル記憶部３０６及びスループット算出機能群３１２を有する。各記憶部に記憶された情報は、例えばその後にスループットを算出するために、スループット算出機能群３１２へ入力される。スループット算出機能群３１２は、受信電力計算部３０７、接続先決定部３０８、キャリアセンスエリア算出部３０９、スループット計算部３１０、出力部３１１を有する。
【００２０】
ここで、本実施形態では、処理内容を簡潔に説明するため、同一チャネルで動作しているＡＰ１０−１及び１０−２と、各ＡＰの通信可能範囲１３−１及び１３−２にそれぞれ２台の端末１１−１〜１１−４が存在する、図４に示すシステムモデルを用いる。また、ＡＰ１０−１及び１０−２と、端末１１−１〜１１−４の全てが共通のキャリアセンスエリア１４内に含まれているものとする。また、ＡＰは、端末からＡｃｋデータを受信するまで、その端末に宛てたデータを送信しないものとする。なお、以下に説明する方法は、ＡＰ２台、端末４台の場合を想定しているがその限りではなく、１台以上の任意の数のＡＰ、１台以上の任意の数の端末を想定する場合に対しても適用可能である。
【００２１】
以下、各機能部について説明する。
【００２２】
情報取得部３０１は、データが記載されたファイルの読み込み、及びＧＵＩを通じた作業者の直接入力等により、スループット推定に使用するデータを取得する。取得される情報は、例えば、ＡＰ配置情報、端末配置情報、ＡＰパラメータ情報、端末パラメータ情報、及びキャリアセンスレベルの少なくともいずれかである。
【００２３】
ＡＰ配置情報は、ＡＰ１０−１及び１０−２の設置場所に関する情報である。例えば、ＡＰ配置情報は、例えば、既存のＡＰ（例えばＡＰ１０−２）の位置情報と、新規に設置するＡＰ（例えばＡＰ１０−１）の配置を想定する位置の情報とを含む。なお、既存のＡＰの位置情報は、ＡＰから送信される信号の強度を予め測定し、その測定結果に基づいて推定した値を用いてもよい。情報取得部により取得されたＡＰ配置情報は、ＡＰ配置記憶部３０２に記憶される。
【００２４】
端末配置情報は、対象エリアにおける端末の位置（分布）に関する情報である。端末の位置は、例えば、店舗内の座席の位置などの端末が使用されやすい位置や、障害物のある場所などの端末が使用されることが想定されない位置などを考慮して定められてもよい。情報取得部により取得された端末配置情報は、端末配置記憶部３０３に記憶される。
【００２５】
ＡＰパラメータ情報はＡＰの通信パラメータの情報であり、例えば、送信電力、アンテナパターン、雑音電力、及び通信を行う際に使用する変調方式を決定するためのＳＮＲ−変調方式テーブルの少なくともいずれかを含む。情報取得部より取得されたＡＰパラメータ情報は、ＡＰパラメータ記憶部３０４に記憶される。
【００２６】
端末パラメータ情報は端末の通信パラメータの情報、例えば、端末の送信電力、アンテナパターン、及び雑音電力の少なくともいずれかを含む。情報取得部より入力された端末パラメータ情報は、端末パラメータ記憶部３０５に記憶される。
【００２７】
キャリアセンスレベルは、キャリアセンスエリアを求める際に用いる他のＡＰおよび端末が送信する信号を検出するための閾値である。入力されたキャリアセンスレベルはキャリアセンスレベル記憶部３０６に記憶される。記憶された情報は、スループットの算出時に、スループット算出機能群３１２へ入力される。なお、既存のＡＰ等の情報だけ記憶部へ記憶させ、新設するＡＰ等の情報は情報取得部から直接スループット算出機能群３１２へ入力されてもよい。
【００２８】
受信電力計算部３０７は、ＡＰ配置情報、端末配置情報、ＡＰパラメータ情報、端末パラメータ情報を用いて、ＡＰ、端末の全ての組合せに対する受信電力が計算される。受信電力は予め指定したパスロスモデル式を用いて計算される。例えば、ＡＰと端末との距離に応じた減衰量を算出し、ＡＰの送信電力からその減衰量を減算すると共に、ＡＰ及び端末のアンテナ利得を用いて、ＡＰ及び端末の各々の受信電力が定まる。なお、ＡＰと端末の位置関係、ＡＰの送信電力及びアンテナパターンが予め定まっている場合は、それに対応する各端末での受信電力が定まるため、その値を記憶しておくようにしてもよい。なお、記憶した値を使用する場合は、受信電力計算部３０７は省略されてもよい。
【００２９】
接続先決定部３０８は、受信電力計算部で求められた受信電力情報を用いて、各端末においてもっとも受信電力が高いＡＰを接続先とし、各端末の接続先を決定する。本実施形態では、端末１１−１及び１１−２がＡＰ１０−１に接続され、端末１１−３及び１１−４がＡＰ１０−２に接続されると決定されたとする。なお、接続先のＡＰは、予め端末ごとに定められていてもよい。例えば、端末ごとに接続したいネットワーク事業者が定まっている場合は、その情報を用いて接続先を定めてもよい。端末の接続先のＡＰを事前に定めることができる場合、接続先決定部３０８は省略されてもよい。
【００３０】
キャリアセンスエリア算出部３０９は、キャリアセンスレベル記憶部に保存された所定の閾値と、ＡＰパラメータ、端末パラメータ、伝搬ロスモデルを用いて、各ＡＰ、端末に対してキャリアセンスエリアを決定する。例えば、ＡＰと端末がそれぞれ形成するキャリアセンスエリアを決定する。すなわち、キャリアセンスエリア算出部３０９は、あるＡＰが送信した信号を所定の閾値以上の電力で受信しうるエリアを、そのＡＰのキャリアセンスエリアとして算出する。そして、キャリアセンスエリア算出部３０９は、第１のＡＰのキャリアセンスエリアに含まれる第２のＡＰを探す。キャリアセンスエリア算出部３０９は、さらに、その第２のＡＰのキャリアセンスエリアに含まれる第３のＡＰを探し、さらに、第３のＡＰのキャリアセンスエリアに含まれるＡＰを探す。キャリアセンスエリア算出部３０９は、このようにして、キャリアセンスエリアの連鎖により形成される有限領域を確定し、この有限領域に含まれるＡＰ及び端末の全てを、スループット算出で考慮される無線通信装置とする。なお、上述の例では、キャリアセンスエリアの連鎖をＡＰについてのみ考慮したが、端末についてのキャリアセンスエリアを考慮してもよい。
【００３１】
Ｗｉ−Ｆｉシステムを利用する場合は、ホットスポットなどでＡＰが集中して配置される場合が多いため、このようなキャリアセンスエリアの連鎖は所定回数以下となり、有限領域の大きさが極端に大きくなることは少ない。ただし、有限領域の大きさが大きくなりすぎる場合や、計算資源が限られる場合は、スループットの算出対象領域を有限領域のさらに一部としてもよい。例えば、ＡＰと端末の総数が所定数以下となる領域をスループットの算出対象領域としてもよい。また、ある端末についてのみスループットを推定したい場合は、その端末の位置をキャリアセンスエリアとして含むＡＰと、そのＡＰに接続される端末のみを、スループット算出で考慮される無線通信装置としてもよい。
【００３２】
また、キャリアセンスエリアはあらかじめ定められてもよい。例えば、店舗等の施設内でのスループットの算出などの場合、店舗外を検討しなくてもよい場合は、あらかじめキャリアセンスエリアが定められる。この場合、キャリアセンスエリア算出部３０９は省略されてもよい。
【００３３】
スループット計算部３１０は、受信電力算出部３０７、接続先決定部３０８及びキャリアセンスエリア算出部３０９により定められたモデルに従ってスループットの算出を行う。なお、受信電力算出部３０７、接続先決定部３０８及びキャリアセンスエリア算出部３０９が省略される場合は、記憶されたモデルを取得し、スループットの算出を行う。具体的な算出処理については後述する。
【００３４】
出力部３１１は、スループット計算部３１０において算出されたスループットの値を出力する。なお、出力するスループットは、例えば、スループットの算出対象領域全体での総スループット、ＡＰあたりのスループット、端末ごとのスループット、及び特定の端末のスループットの少なくともいずれかである。
【００３５】
（スループット算出処理）
スループット計算部３１０で実行する、スループット算出処理のフローチャートを図５に示す。本処理では、各ＡＰに接続する端末のうち、データを接続先のＡＰから受信してＡｃｋを返していない、すなわちＡｃｋの送信待ちをしている端末の数を状態とする。この状態を、例えば、第１のＡＰに接続する端末でＡｃｋの送信待ちをしている端末の数をａとし、第２のＡＰに接続する端末でＡｃｋの送信待ちをしている端末の数をｂとしたときに、（ａ、ｂ）のように表す。例えば、図４において、ＡＰ１０−１を第１のＡＰ、ＡＰ１０−２を第２のＡＰとし、端末１１−１がＡｃｋ送信待ちをしているとすると、この状態を（１、０）と表す。ＡＰの数が３つ以上となる場合は、例えば、（ａ、ｂ、ｃ、・・・）のように表す。なお、状態の総数は、各ＡＰに接続される端末の数を、Ａ、Ｂ、・・・とすると、（Ａ＋１）×（Ｂ＋１）×・・・となる。したがって、図４のモデルでは、（２＋１）×（２＋１）＝９であるため、状態の総数は９個である。
【００３６】
スループット算出処理は、状態遷移確率行列算出処理（Ｓ５０１）、定常状態確率算出処理（Ｓ５０２）、送信確率算出処理（Ｓ５０３）、スループット推定値算出処理（Ｓ５０４）の各処理を含む。以下では、これらの処理について詳細に説明する。
【００３７】
［状態遷移確率行列算出処理］
スループット算出処理では、最初に、定義された状態に対して、状態遷移確率行列を算出する（Ｓ５０１）。状態遷移確率行列の算出方法について、図４の場合について、図６の状態遷移図を参照して説明する。図６においては、状態１（０、０）から状態９（２、２）を円で表し、各状態から遷移しうる状態を、円と円を矢印で結ぶことにより示している。例えば、状態１（０、０）の場合、Ａｃｋを送信すべき端末は存在しないため、ＡＰ１０−１又はＡＰ１０−２のいずれかがデータを送信することとなる。そして、ＡＰ１０−１がデータを送信すると、端末１１−１と端末１１−２とのいずれかがＡｃｋの送信待ち状態となるため、状態４（１、０）へ移行する。一方、ＡＰ１０−２がデータを送信すると、端末１１−３と端末１１−４とのいずれかがＡｃｋの送信待ち状態となるため、状態２（０、１）へ移行する。そして、それ以外の状態へ移行することはない。したがって、状態１の円からは、状態２又は状態４の円へのみ矢印で結ばれ、それ以外の円へは矢印で結ばれることはない。
【００３８】
各矢印の上下又は左右に付した数値は、状態遷移確率である。例えば、状態２（０、１）からは、状態１（０、０）と状態５（１、１）と状態３（０、２）とへ、それぞれ確率１／３で移行することを示している。この状態遷移確率は、ある状態においてデータを送信しうる端末の数に応じて定められる。例えば、状態２では、端末１１−１及び端末１１−２は、ＡＰ１０−１からデータを受信しておらず、Ａｃｋ送信待ち状態ではないため、データを送信することはない。一方、ＡＰ１０−１は、Ａｃｋの受信待ち状態ではないため、端末１１−１と端末１１−２のいずれかに対してデータを送信しうる。また、状態２では、端末１１−３と端末１１−４のいずれかにおいてＡｃｋ送信待ちをしており、さらに、ＡＰ１０−２は、端末１１−３と端末１１−４のＡｃｋ送信待ちをしていない方へデータを送信することができる。したがって、状態２においては、ＡＰ１０−１、ＡＰ１０−２及び端末１１−３と端末１１−４のいずれかの３つの通信装置がデータ送信可能な状態となっている。そして、ＡＰ１０−１がデータを送信すると、端末１１−１と端末１１−２のいずれかがＡｃｋ送信待ちとなるため、状態２（０、１）から状態５（１、１）へと遷移する。同様に、ＡＰ１０−２がデータを送信すると、状態は状態３（０、２）へと遷移し、端末１１−３と端末１１−４のうちＡｃｋ送信待ちをしていた端末がＡｃｋを送信すると、状態は状態１（０、０）へと遷移する。したがって、データを送信可能な通信装置が３台存在し、データを送信する装置ごとに異なる状態に遷移する。したがって、それぞれの状態への状態遷移確率は、それぞれ１／３となる。
【００３９】
また、例えば状態３（０、２）においては、状態２と同様に端末１１−１及び端末１１−２はＡｃｋを送信する状態にない。また、状態３においては、ＡＰ１０−２は、端末１１−３及び端末１１−４の両方にデータを送信した状態であり、Ａｃｋ受信待ち状態であることから、データを送信できない。したがって、この場合、データを送信可能な通信装置は、ＡＰ１０−１、端末１１−３、及び端末１１−４の３台となる。そして、ＡＰ１０−１がデータを送信すると、端末１１−１又は端末１１−２がＡｃｋ送信待ちとなるため、状態は状態６（１、２）へと遷移する。一方、端末１１−３と端末１１−４がＡｃｋデータを送信すると、どちらも状態は状態２（０、１）へと遷移する。すなわち、状態３は、３台中の２台のデータ送信に対しては状態２へと移行し、残りの１台のデータ送信に対しては状態６へと遷移する。すなわち、状態３からは、確率２／３で状態２へと遷移し、確率１／３で状態６へと遷移する。このようにして、全ての状態遷移確率を示すと図６のようになる。そして、これを状態遷移確率行列Ｔとして表すと、以下のようになる。
2014082724.tif 000003
【００４０】
［定常状態確率算出処理］
状態遷移確率行列の算出が終わると、続いて、定常状態確率の算出を行う（Ｓ５０２）。定常状態確率の性質として、状態ｘに対する定常状態確率をπxとすると、
2014082724.tif 000004
が成立する。また、ネットワークの状態は、この場合状態１から状態９のいずれかにあることとなるため、
2014082724.tif 000005
が成り立つ。すなわち、Ｓ５０２では、上述の２つの式を満足するπxを算出する。上述の状態遷移確率行列に対しては、定常状態確率は以下の通りとなる。
2014082724.tif 000006
【００４１】
［送信確率算出処理］
定常状態確率の算出（Ｓ５０２）に続いて、ＡＰ及び端末の送信確率を算出する（Ｓ５０３）。ここで、送信確率とは、送信権を得る確率であり、ＡＰ及び端末がデータの送信をしうる状態で実際にデータを送信する確率を表し、各状態においてＡＰ及び端末がデータを送信する確率にその各状態の定常状態確率を乗じた値の和として表される。
【００４２】
まず、各状態において、ＡＰ及び端末がデータを送信する確率について説明する。例えば端末１１−１に着目すると、端末１１−１がＡｃｋを送信しうる状態は状態４から状態９のいずれかであり、状態１から状態３においては端末１１−１はデータを送信しえない。すなわち、状態１から状態３について、端末１１−１がデータを送信する確率は０である。
【００４３】
状態４から状態６については、ＡＰ１０−１からデータを受信した端末が１台である状態であるため、これらの状態においては、端末１１−１又は端末１１−２のいずれかが送信可能な状態である。したがって、これらの状態において、端末１１−１がＡｃｋを送信する確率は、例えば状態４において、端末１１−１と端末１１−２とのいずれかがＡｃｋを送信する確率に１／２を乗じたものとなる。ここで、状態４においてデータを送信しうるのは、端末１１−１と端末１１−２とのいずれか、ＡＰ１０−１、及びＡＰ１０−２の３台であり、端末１１−１と端末１１−２とのいずれかがＡｃｋを送信する確率は１／３である。したがって、状態４において、端末１１−１がＡｃｋを送信する確率は、状態４で端末１１−１がＡｃｋの送信待ちとなっている確率（１／２）×端末１１−１と端末１１−２とのいずれかがＡｃｋを送信する確率（１／３）、すなわち１／６である。
【００４４】
一方、状態７から状態９は、ＡＰ１０−１からデータを受信した端末の数が２台、すなわち端末１１−１及び端末１１−２の両方がデータを受信している状態である。この場合、端末１１−１はＡｃｋを送信しうる状態である。そして、例えば状態７においては、端末１１−１、端末１１−２及びＡＰ１０−２の３台がデータを送信しうる状態であるため、端末１１−１がＡｃｋを送信する確率は１／３である。したがって、状態７において端末１１−１がＡｃｋを送信する確率は、状態７で端末１１−１がＡｃｋの送信待ちとなっている確率（１）×端末１１−１がＡｃｋを送信する確率（１／３）、すなわち１／３である。このようにして、他の状態についても同様に、端末１１−１がＡｃｋを送信する確率を求めることができる。なお、他の端末１１−２〜１１−４及びＡＰ１０−１〜１０−２についても同様に求められる。
【００４５】
端末及びＡＰの送信確率は、各状態における端末及びＡＰそれぞれの送信確率と、各状態における定常状態確率πxに基づいて、
2014082724.tif 000007
のように算出される。なお、ＰTxは、送信器（ＡＰ又は端末）Ｔｘの送信確率であり、ｐTx,iは、状態ｉにおいて送信器Ｔｘがデータを送信する確率である。したがって、ＡＰ及び端末のそれぞれの送信確率は、以下の通りとなる。
2014082724.tif 000008
なお、「ＳＴＡ１１−ｘ」の表記は、端末１１−ｘに対応する。
【００４６】
［スループット推定値算出処理］
Ｓ５０３で求めたＡＰと端末のそれぞれの送信確率から、スループット推定値を算出する（Ｓ５０４）。ここでは、端末１１−１について、ＡＰ１０−１から送信されたデータ量に基づいてスループット推定値を算出する。端末１１−１が、ＡＰ１０−１からの１回のデータ通信で受信できるデータ量をｄSTA11-1とすると、スループット推定値ＴＰSTA11-1は、以下の通りとなる。
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【００４７】
ここで、Ｚは、以下の式で表される。
2014082724.tif 000010
なお、ｔTx,Rxは、送信側Ｔｘから受信側Ｒｘへ、１回の単位量のデータを送信するのに要する時間である。なお、ＡＰｘから端末ｙへ１回の単位量のデータを送信する際に要する時間ｔAPx,STAyは、当該ＡＰと端末間で用いられる変調方式に基づいて計算される。また、変調方式は、そのＡＰからの信号の端末における受信電力の情報と、ＡＰ及び端末の雑音の情報などに基づいてＳＮＲが算出され、その算出されたＳＮＲに応じて決定される。なお、端末ｕからＡＰｖへのデータ送信に要する時間ｔSTAu,APvは、Ａｃｋを送信するのに要する時間である。
【００４８】
上述の式は、全ＡＰ及び端末のそれぞれの送信確率にそれぞれのデータ送信に要する時間を乗じて和をとった値で、端末１１−１の送信確率にＡＰ１０−１から１回で受信するデータの量を乗じた値を除算することによりスループット推定値を算出している。なお、端末１１−１の送信確率は、Ａｃｋの送信確率であるが、本実施形態では、Ａｃｋの送信は、ＡＰ１０−１からのデータの受信を必ず伴うため、端末１１−１の送信確率を用いてスループット推定値を算出することができる。同様にして、端末１１−２〜１１−４についてもスループット推定値を算出することができる。また、ＡＰ１０−１から各端末への総スループット推定値を算出する場合は、端末１１−１及び端末１１−２のスループット推定値を加算すればよい。同様に、無線通信ネットワーク全体のスループットを算出したい場合は、全端末についてのスループット推定値を加算すればよい。
【００４９】
なお、上述の式では、ＡＰと端末とがそれぞれ送信するデータとＡｃｋとについての送信時間を考慮したが、常にこれらを考慮する必要はない。例えば、１回のデータの送信時間に比べてＡｃｋの送信時間が極めて小さい場合は、Ａｃｋの送信時間を考慮しなくてもよい。すなわち、Ａｃｋの送信に要する時間を０としてもよい。また、データ長が短く、ＡＰの全てについて、１回のデータの送信に要する時間がＡｃｋの送信に要する時間と等しい場合は、上述の式のｔは全て等しい値（例えばＴ）となり、この場合、Ｚ＝Ｔとなる。すると、ｄSTA11-1／Ｔは、端末１１−１において受信されるデータのデータレートとなり、最終的なスループットは、そのデータレートに端末１１−１が応答を送信する確率を乗じた値となる。
【００５０】
得られたスループット推定値は、例えば、モニタに表示したり、ファイルとして出力される。
【００５１】
以上のＳ５０１〜Ｓ５０４により、ＡＰから端末へのデータ送信量が、端末からＡＰへのデータ送信量と比べて非常に多いモデルについて、各端末のスループット推定値を算出することができる。
【００５２】
なお、上述の説明では、端末１１−１〜１１−４の位置が１つの位置に定まることを前提として説明したが、位置は確率分布としても与えられうる。この場合、端末位置をその確率分布に応じて配置して、同じ分布に従って得られる異なる位置について上述の演算を所定回数繰り返して平均をとることにより、その確率分布に応じたスループット推定値を得ることができる。
【００５３】
また、上述の説明では、ＡＰ１０−１及びＡＰ１０−２と、その配下の端末１１−１〜１１−４についてのみ検討したが、それに限られない。例えば、ＡＰ１０−１及びＡＰ１０−２と通信しないＡｃｋ送信待ちの他の端末が常に１台あることを想定してもよい。この場合、例えば、キャリアセンスエリアの連鎖が無限となることを防ぐために、スループットの演算で考慮するＡＰ及び端末を一部に制限した場合などについて、より正確なスループット推定値を得られうる。
【００５４】
また、上述の説明では、基地局（ＡＰ）と端末との関係で、基地局から端末へのデータ送信が支配的な状況にある無線通信ネットワークについて説明したが、これに限られない。例えば、データの送信量が非対称で、データの受信に応じてＡｃｋを返す無線通信システムにおいて、データ送信量が多い側の装置を上述のＡＰに対応するデータ送信装置とし、その相手方を上述の端末に対応するデータ受信装置として、一般化することができる。すなわち、端末から基地局へのデータ送信量が、基地局から端末へのデータ送信量より多い条件であっても、ＡＰと端末との関係を逆にすることにより、上述の方法を適用することができる。
【００５５】
出力されたスループット推定値は、例えばＡＰの置局設計に用いることができる。例えば、新しく設置するＡＰのスループットと、既存のＡＰのスループットが最大となるように、ＡＰの位置を定めることができる。この場合、例えば、ＡＰの複数の設置位置の候補について、上述の処理を繰り返して実行し、全ての端末についてのスループット推定値の合計が最大となる設置位置の候補を、ＡＰを設置すべき位置と判定することができる。
【００５６】
また、新しく設置するＡＰのスループットのみを最大化したい場合についても、同様に置局設計することができる。すなわち、複数の設置位置の候補について、新しく設置するＡＰに接続する端末についてのスループット推定値の合計が最大となる設置位置の候補を、ＡＰを設置すべき位置として判定することができる。これにより、ネットワーク全体としての平均速度を向上させることができ、オフローディングの効果を高めることができる。なお、既存のＡＰと新設するＡＰのスループット推定値の合計を算出する場合、算出の対象とする既存のＡＰは、スループットを推定した端末のいずれかが接続する全ての既存のＡＰであってもよいし、その一部であってもよい。すなわち、例えば既存のＡＰが３台存在する場合、そのうち１台又は２台に接続される端末のスループット推定値を考慮して新設ＡＰの設置位置を判定してもよいし、３台に接続される端末のスループット推定値を考慮して同様の判定を行ってもよい。これにより、例えば端末が滞在することの多いいくつかのＡＰについて、特にスループットを十分に確保するように、新設ＡＰの設置位置を定めることができる。
【００５７】
また、全端末についてのスループット推定値の合計、又は１つのＡＰの配下にある端末についてのスループット推定値の合計が、最大となる位置を１つだけ求めるのではなく、合計が所定値以上となる候補を１つ以上求めてもよい。これにより、所定のスループットを確保しながら、ＡＰの設置の自由度を高めることが可能となる。また、複数のＡＰを同時に新設する場合についても、複数のＡＰの、複数の設置位置の候補についてスループット推定値を算出し、その結果に応じて複数のＡＰを設置すべき位置を判定することができる。この計算により、例えば新たに出店するスペースなど、複数のＡＰを同時に新設する場合に、適切にＡＰの配置位置を定めることができる。なお、この場合にも、既存のＡＰの設置位置を考慮することができる。
【００５８】
また、新設するＡＰに接続する、又はいずれかのＡＰに接続する端末のスループット推定値の最低値が、所定値以上となる設置位置の候補を、ＡＰを設置すべき位置として判定してもよい。これにより、新設されるＡＰに接続できるどのような位置においても所定値以上のスループットを得ることができる確率が高い位置に、ＡＰを新設することができる。
【００５９】
なお、上述の説明では、ＡＰから端末へのデータ送信が支配的であるという条件について説明したが、この逆の場合でも置局設計を行うことができる。この場合、ＡＰの設置位置の複数の候補のうち、新設するＡＰにおける、又は既存のＡＰと新設するＡＰの両方におけるスループット推定値の合計が、最大又は所定値以上となる設置位置の候補を、ＡＰを新設すべき位置として判定する。
【００６０】
また、出力されたスループット推定値は、例えば、実測スループットが予想より低い場合などに、スループット低下の原因を究明する異常検出装置として使用することができる。すなわち、スループット推定値を求め、別途取得した実測スループットと比較して、その乖離を把握することにより、スループット低下の原因がＡＰの配置によるものか、それ以外のものであるかを判定することができる。具体的には、スループット推定値が実測スループットと近い値を示す場合は、ＡＰの配置に対しては適切なスループットが得られていると言え、スループットを改善するためにＡＰの配置を再検討することができる。一方、スループット推定値が実測スループットと乖離している場合は、ＡＰの配置以外の原因でスループットが低下していると考えられる。すなわち、スループット推定値と実測スループットとの差が所定値以上である場合、スループットを低下させる何らかの異常が発生していることを検出することができる。そして、例えば、その結果をユーザに表示するために出力することができる。このように、スループット推定値を用いることにより、実測スループットの低下の原因の切り分けなどを行うことが可能となる。
【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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