(57)【要約】【課題】ユーザがとる行動を考慮してマルチホップＤ２Ｄ通信の通信成功確率を推定する。【解決手段】複数のエリアを経由するマルチホップを許容して移動端末間で通信を行うＤ２Ｄ通信における確率推定装置において、所定の領域毎の移動端末数に基づいて、各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するワンホップ成功確率算出手段と、各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率をマルチホップが経由する領域数に応じて乗算することにより、前記移動端末間のＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するマルチホップ成功確率算出手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエリアを経由するマルチホップを許容して移動端末間で通信を行うＤ２Ｄ通信における確率推定装置であって、
所定の領域毎の移動端末数に基づいて、各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するワンホップ成功確率算出手段と、
各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率をマルチホップが経由する領域数に応じて乗算することにより、前記移動端末間のＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するマルチホップ成功確率算出手段と
を備えることを特徴とする確率推定装置。
【請求項２】
任意の送信端末と受信端末間の直線上をＫ個の円領域Ｒｋ（１≦ｋ≦Ｋ）に分割し、Ｒｋ内の中継端末ｍｋがＲｋ＋１内に存在する任意の端末ｍｋ＋１とＤ２Ｄ通信を行うというモデルに基づいて、前記ワンホップ成功確率算出手段と前記マルチホップ成功確率算出手段は、成功確率の算出を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の確率推定装置。
【請求項３】
前記ワンホップ成功確率算出手段は、
Ｒｋ内の端末からＲｋ＋１内の端末へのワンホップＤ２Ｄ通信が成功するのは、Ｒｋ＋１内でＤ２Ｄ通信可能な端末が一台以上存在し、かつ、Ｗ（１≦Ｗ）個のＤ２Ｄ用チャネルの中で空きチャネルが一つ以上存在する場合である、という条件に基づいて、ワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出し、
Ｒｋ内の端末からＲｋ＋１内の端末へのワンホップＤ２Ｄ通信成功確率をＱｋとするとき、前記マルチホップ成功確率算出手段は、Ｋ個の円領域Ｒｋ（１≦ｋ≦Ｋ）を経由するＫホップＤ２Ｄ通信の成功確率Ｐ（Ｒ）を、
Ｐ（Ｒ）＝Ｑ１×Ｑ２×......×ＱＫ 
により算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の確率推定装置。
【請求項４】
前記ワンホップ成功確率算出手段は、
Ｄ２Ｄ  通信が可能な移動端末の割合をｓ、全移動端末数をＮ、領域Ｒｋ内の移動端末数をＮｋ、各移動端末の通信呼量をＡ、領域ＲｋをＤ２Ｄ通信フローが経由する確率をＺｋ、領域Ｒｋを経由するＤ２Ｄ通信のコネクション確立の成功確率の平均値をＰｋとするとき、回線数Ｗで総呼量ρのアーランＢ式Ｅｂ（Ｗ，ρ）を用いて、ＲｋにおけるワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率Ｑｋを、
【数６】
2018182642.tif 000008
で推定する、又は、
Ｄ２Ｄ通信が可能な移動端末の割合をｓ、領域Ｒｋ内の移動端末数をＮｋ、Ｄ２Ｄ通信の平均ホップ長をＨ、各移動端末の通信呼量をＡ、Ｄ２Ｄ通信のコネクション確立の成功確率の平均値をＰとするとき、回線数Ｗで総呼量ρのアーランＢ式Ｅｂ（Ｗ，ρ）を用いて、ＲｋにおけるワンホップのＤ２Ｄ通信確立の成功確率Ｑｋを、
【数７】
2018182642.tif 000009
で推定する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の確率推定装置。
【請求項５】
前記マルチホップ成功確率算出手段により算出されるＤ２Ｄ通信の成功確率に基づいて、当該Ｄ２Ｄ通信によって得られるユーザの効用値Ｕ（Ｐ）と、Ｄ２Ｄ通信確率失敗に起因するコストＣ（Ｐ）と、Ｃ（Ｐ）のＵ（Ｐ）に対する重みを表すパラメータαとから定まる
総効用値Ｆ＝Ｕ（Ｐ）−αＣ（Ｐ）
を最大化するように、Ｄ２Ｄ通信選択確率を算出する手段
を更に備えることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の確率推定装置。
【請求項６】
移動端末から通信要求を受信する手段と、
請求項５に記載の前記確率推定装置により算出された前記Ｄ２Ｄ通信選択確率に基づいて、当該通信要求の送信元の移動端末に対して、Ｄ２Ｄ通信の実行又は携帯ネットワークを経由した通信の実行を指示する手段と
を備えることを特徴とするセルラーネットワーク制御装置。
【請求項７】
複数の領域を経由するマルチホップを許容して移動端末間で通信を行うＤ２Ｄ通信における確率推定装置が実行する確率推定方法であって、
所定の領域毎の移動端末数に基づいて、各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するワンホップ成功確率算出ステップと、
各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率をマルチホップが経由する領域数に応じて乗算することにより、前記移動端末間のＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するマルチホップ成功確率算出ステップと
を備えることを特徴とする確率推定方法。
【請求項８】
コンピュータを、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の確率推定装置における各手段として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、携帯ネットワーク（ＮＷ）を経由しないで移動端末間で直接通信を行う移動端末間（Ｄ２Ｄ：ｄｅｖｉｃｅ  ｔｏ  ｄｅｖｉｃｅ）通信において、移動端末にＤ２Ｄ通信を行わせるか否かの制御を行うことを可能とする技術に関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
セルラーネットワーク（ＮＷ）では、半径数百ｍから数十ｋｍのマクロセル内の多数の端末が同一帯域を共用するため、端末数が増加するとスループットが低下する。そのためセルラーＮＷの帯域不足を解決するため、通常の基地局がカバーするマクロセルに重畳する形で、狭い範囲をカバーするピコセルやフェムトセルを配置する技術が３ＧＰＰリリース１０で採用され、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの主要技術となっている。
【０００３】
ところで震災などの大規模災害発生時には、セルラーＮＷの基地局やバックホールに障害が発生し、スマートフォン等の移動端末自体は使用可能であっても不通となる可能性が高い。実際、東日本大震災の際は、移動端末は使用可能であっても（バッテリーはソーラー発電機で充電可能）、ＮＷがダウンしているため不通となった。堅牢なビルの屋上などに設置されるマクロセルの基地局と異なり、特にピコセルやフェムトセルの基地局は障害を受け使用不能となる可能性が高い。
【０００４】
一方で、大規模災害発生時は、家族や知人の安否確認・状況連絡等のための通信需要が爆発的に発生する傾向にあり、大規模災害発生時は、通信設備の容量の低下、通信需要の増大が同時に発生する結果、端末間の通信可能性が極度に低下する可能性が高い。
【０００５】
ところでセルラーＮＷの基地局を経由せずに、移動端末間で直接通信することで情報を伝達するＤ２Ｄ（ｄｅｖｉｃｅ  ｔｏ  ｄｅｖｉｃｅ）通信が、セルラーＮＷ設備を低減し、災害時の接続性を向上させる技術として注目されている。通信形態としては、発着端末間で直接通信でのみ通信を行うシングルホップＤ２Ｄ通信と、他の移動端末を経由して通信を行うマルチホップＤ２Ｄ通信が検討されている。また使用周波数帯域としては、セルラーＮＷの周波数帯域を使用するインバンド型と、セルラーＮＷの周波数帯域（ライセンスバンド）ではなく、ＷｉＦｉ（登録商標）  Ｄｉｒｅｃｔ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＩＳＭ（ｉｎｄｕｓｔｒｙ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ｍｅｄｉｃａｌ）などのアンライセンスバンドを使用するアウトバンド型が検討されている。
【０００６】
更にインバンド型としては、セルラー基地局経由の通信端末（ＣＣ：  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｃｅｌｌｕｌａｒ）とチャネルを共有するアンダーレイ型と、ＣＣ用とＤ２Ｄ用でチャネルを分離するオーバレイ型がある。またアウトバンド型としては、セルラーＮＷが、認証、コネクション管理、資源割当などの制御を集中的に実施するＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ型と、移動端末が自律的に通信を行うＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓ型がある。
【０００７】
災害時にはセルラーＮＷの基地局やバックホールが障害を受け使用不能となる可能性があり、移動端末を用いた通信の代替技術として、マルチホップＤ２Ｄ通信が注目されている。災害時にセルラーＮＷがダウンした状況で通信を確保する方法として、アウトバンド型で２０ホップといった多段のマルチホップＤ２Ｄを、ルーティング技術としてＭＡＮＥＴとＤＴＮを併用して実現するフィールド実験が行われたり、災害時の代替通信手段としてインバンド・アンダーレイ型のマルチホップＤ２Ｄを用いる場合の、ＣＣとの干渉を避けるためにセルの外円を経由させるルーティング方式が提案されている。また災害時のインバンド・オーバレイ型のマルチホップＤ２Ｄ通信の成功確率がポアソン点過程を用いて解析されている。
【０００８】
災害時にマルチホップＤ２Ｄを用いることで、セルラーＮＷが使用不能となった場合の代替通信手段として通信手段を確保する効果が期待される。また通信需要の増大・セルラーＮＷ通信容量の低下で予想されるセルラーＮＷの通信容量不足に対し、トラヒックをオフロードすることで伝送トラヒック量を拡大させるセルラーＮＷのトラヒックオフロード効果が期待される。そのためマルチホップＤ２Ｄ通信の通信到達性能やトラヒックオフロード効果を定量的に算出し、上記効果の達成可能度合を分析することが重要となる。またＤ２Ｄ通信確立に失敗した場合には、セルラーＮＷ経由での通信を行うことになるため通信開始時に生じる遅延時間が増大することから、Ｄ２Ｄ通信確立失敗によって生じる処理遅延増大のコストとＤ２Ｄ通信成功によって得られる通信機会増加によるメリットを総合的に考え、Ｄ２Ｄ通信を行う端末の比率を適切に制御することが有効であるが、その際、適切にＤ２Ｄ通信成功確率が推定できることが望ましい。
【０００９】
以上の技術については、非特許文献１を参照されたい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】H. Nishiyama, M. Ito, and N. Kato, Relay-by-Smartphone: Realizing Multihop Device-to-Device Communications, Communications Magazine, Vol. 52, Issue 4, pp.56-65, Apr. 2014
【非特許文献２】S. Wang, W. Guo, Z. Zhou, Y. Wu, and X. Chu, Outage Probability for Multi-Hop D2D Communications With Shortest Path Routing, IEEE Communications Letters, Vol. 19, No.11, Nov. 2015
【非特許文献３】L. Wei, A. Papathanassiou, Q. Li, and G. Wu, System-Level Simulations for Multi-hop D2D Communications overlay LTE Networks, ICNC 2016
【非特許文献４】A. Al-Hourani, S. Kandeepan, and A. Jamalipour, Stochastic Geometry Study on Device-to-Device Communication as a Disaster Relief Solution, IEEE Trans. Vehicular Tech., Vol.65, No. 5, pp. 3005-3017, May 2016
【非特許文献５】M. Tanha, D. Sajjadi, F. Tong, and J. Pan, Disaster Management and Response for Modern Cellular Networks using Flow-based Multi-hop Device-to-Device Communications, VTC 2016-Fall
【非特許文献６】L. Melki, S. Najeh, and H. Besbes, System Performance of Cellular Network under-laying D2D Multi- hop communication, ComNet 2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
マルチホップＤ２Ｄ通信の性能評価に関する既存研究としては、インバンド・アンダーレイ型でのＣＣとの干渉を考慮し、ＳＰＲ（ｓｈｏｒｔｅｓｔ  ｐａｔｈ  ｒｏｕｔｉｎｇ）を用いたマルチホップＤ２Ｄの到達確率式をポアソン点過程を用いて導出した研究や、インバンド・オーバレイ型で移動端末が等間隔で並んだ状態での到達率をシミュレーション評価した研究が見られる。またインバンド・オーバレイ型のマルチホップＤ２Ｄ通信の成功確率をポアソン点過程を用いて解析した研究や、インバンド・アンダーレイ型ＭＤ２Ｍの消費電力低減効果や収容ユーザ数拡大効果を、移動端末をランダム配置してシミュレーション評価した研究が見られる。
【００１２】
以上の技術については、非特許文献２〜６を参照されたい。しかし、これらの既存技術は、移動端末の位置をランダム配置やポアソン点過程で決めており、避難行動など、災害時のユーザがとる行動を考慮した評価がなされていない。一方、マルチホップＤ２Ｄの性能は中継するユーザ（端末）の位置に依存し、災害時のユーザ行動を考慮した評価が必要となる。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ユーザがとる行動を考慮してマルチホップＤ２Ｄ通信の通信成功確率を推定する技術を提供するとともに、推定したＤ２Ｄ通信成功確率を用いて、移動端末のＤ２Ｄ通信動作の制御を行うことを可能とする技術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】
【００１４】
開示の技術によれば、複数のエリアを経由するマルチホップを許容して移動端末間で通信を行うＤ２Ｄ通信における確率推定装置であって、
所定の領域毎の移動端末数に基づいて、各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するワンホップ成功確率算出手段と、
各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率をマルチホップが経由する領域数に応じて乗算することにより、前記移動端末間のＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するマルチホップ成功確率算出手段と
を備えることを特徴とする確率推定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
開示の技術によれば、ユーザがとる行動を考慮してマルチホップＤ２Ｄ通信の通信成功確率を推定することが可能となる。また、推定したＤ２Ｄ通信成功確率を用いて、移動端末のＤ２Ｄ通信動作の制御を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態におけるシステム構成図である。
【図２】システムの動作例を説明するための図である。
【図３】装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図４】中継端末位置のモデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。以下で説明するように、本実施の形態では、震災時の状況を想定しているが、本発明は、震災時に限らず、どのような状況においても適用可能である。
【００１８】
本実施の形態では、震災時のユーザの避難行動等、ユーザの行動をマルチエージェントシミュレーション（ＭＡＳ）で再現し、マルチホップＤ２Ｄ通信の通信成功確率を推定する。また、推定したＤ２Ｄ通信成功確率を用いて、Ｄ２Ｄ通信への切り替えを指示する端末の割合であるＤ２Ｄ通信選択確率を設計することとしている。
【００１９】
なお、マルチエージェントシミュレーションとは、例えば、各避難者を独立して自律的に行動するエージェントとみなし、避難者密度など周囲の環境に応じてとる行動ルールを確率的に選択するモデルを与えることで、多数のエージェントが存在する環境で生じる状況を計算機シミュレーション上で再現する技法である。なお、マルチエージェントシミュレーション自体は既存技術である。
【００２０】
（システム構成）
図１に本実施の形態におけるシステムの構成例を示す。図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、移動端末１０１、セルラーＮＷ制御装置１０２、端末数データを保存した記録装置１０３、ホップ長データを保存した記録装置１０４、端末あたりの通信需要データを保存した記録装置１０５、成功確率データを保存した記録装置１０６、Ｄ２Ｄ対応端末数比率データを保存した記録装置１０７、領域経由確率データを保存した記録装置１０８、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９、Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０を有する。
【００２１】
セルラーＮＷ制御装置１０２は、例えばセルラーＮＷ内に備えられ、各移動端末１０１と通信可能である。また、セルラーＮＷ制御装置１０２とＤ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９との間、セルラーＮＷ制御装置１０２とＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０との間はそれぞれ、例えばインターネット等を経由して通信可能である。また、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９とＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０の両方又はいずれか１つがセルラーＮＷ制御装置１０２内の機能部として備えられてもよい。また、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９とＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０が１つの装置（これを確率推定装置と称しても良い）として構成されてもよい。
【００２２】
記録装置１０３〜１０８は、例えば、セルラーＮＷ制御装置１０２と通信可能な１つ又は複数のデータベースサーバである。また、記録装置１０３〜１０８が、セルラーＮＷ制御装置１０２内に備えられていてもよい。また、記録装置１０３〜１０８が、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９及び／又はＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０に備えられていてもよい。なお、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９には、ワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するワンホップ成功確率算出手段と、マルチホップの移動端末間のＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するマルチホップ成功確率算出手段とが含まれている。
【００２３】
図２を参照して、システムの全体の動作例を説明する。図２は、記録装置１０３〜１０８が、セルラーＮＷ制御装置１０２内に備えられる場合の例を示してる。
【００２４】
各移動端末１０１はセルラーＮＷ制御装置１０２に対して通信要求を送信する（ステップＳ１０１）。通信要求は、例えば、自身の識別情報と、通信先の移動端末の識別情報を含む。
【００２５】
セルラーＮＷ制御装置１０２は、Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０により設計（算出）された各エリア間（各エリアペアと称してもよい）のＤ２Ｄ通信選択確率をメモリ等の記憶手段に保持している。なお、"エリア"とは、例えば、後述する円領域のことである。通信要求を受けたセルラーＮＷ制御装置１０２は、保持しているＤ２Ｄ通信選択確率に基づき、要求元の移動端末１０１にＤ２Ｄ通信を行わせるか否かを決定する。一例として、通信要求に対応するエリア間のＤ２Ｄ通信の選択確率が１／２であるとすると、セルラーＮＷ制御装置１０２は、当該エリア間の通信要求に対し、１／２の確率でＤ２Ｄ通信を行わせると決定する。
【００２６】
セルラーＮＷ制御装置１０２は、要求元の移動端末にＤ２Ｄ通信を行わせる場合には、目的端末（宛先となる受信端末）の位置座標情報を含むＤ２Ｄ通信開始信号を要求元の移動端末に対して送信する（ステップＳ１０２）。もしもＤ２Ｄ通信を行わせない場合には、セルラーＮＷ経由で通信を行うことを示す指示を送信する。セルラーＮＷ制御装置１０２から指示を受信した移動端末１０１は、指示に従ってＤ２Ｄ通信又はセルラーＮＷ経由の通信を開始する。なお、受信端末へのマルチホップ通信については既存技術を利用して行うことができる。
【００２７】
上記のような処理を行う中で、セルラーＮＷ制御装置１０２は、各種データを収集（取得）し、一定の期間ごとに、収集した各種データを記録装置１０３〜１０８に記録する（ステップＳ１０３）。具体的には、セルラーＮＷ制御装置１０２は、セルラーＮＷの集約局に接続した全ての基地局のサービスエリアに存在する全ての端末数Ｎ、及び、後述するモデルにおける各領域Ｒｋ内の端末数Ｎｋを端末数データ記録装置１０３に記録する。なお、セルラーＮＷの集約局は、例えば被災エリアの集約局等の特定の集約局であってもよいし、セルラーＮＷ全体の集約局であってもよい。
【００２８】
また、セルラーＮＷ制御装置１０２は、Ｄ２Ｄ通信の平均ホップ長Ｈをホップ長データ記録装置１０４に記録し、端末あたりの平均通信需要Ａを端末あたりの通信需要データ記録装置１０５に記録する。
【００２９】
また、セルラーＮＷ制御装置１０２は、発着端末間で経由する全ての中継シングルホップＤ２Ｄ通信区間においてＤ２Ｄ通信用の空きチャネルが存在しかつ中継可能な移動端末が存在する場合をＤ２Ｄ通信成功とするときに領域ｋを経由するＤ２Ｄ通信の成功確率の平均値Ｐｋと、Ｄ２Ｄ通信のコネクション確立の成功確率の平均値Ｐとを成功確率データ記録装置１０６に記録する。
【００３０】
また、セルラーＮＷ制御装置１０２は、Ｄ２Ｄ通信対応端末数比率ｓをＤ２Ｄ対応端末数比率データ記録装置１０７に記録する。Ｄ２Ｄ通信対応端末数比率ｓとは、全端末数に対するＤ２Ｄ通信対応端末数の比率である。例えば、セルラーＮＷ制御装置１０２は、定期的に移動端末に問い合わせることで各端末のＤ２Ｄ通信可能・不可能状態に関する情報を収集し、Ｄ２Ｄ通信対応端末数比率ｓを算出する。また、セルラーＮＷ制御装置１０２は、移動端末からセルラーＮＷに報告される能力情報を収集し、当該能力情報に基づきＤ２Ｄ通信対応端末数比率ｓを算出することとしてもよい。
【００３１】
また、セルラーＮＷ制御装置１０２は、各領域ＲｋをＤ２Ｄ通信フローが経由する確率Ｚｋを領域経由確率データ記録装置１０８に記録する。
【００３２】
セルラーＮＷ制御装置１０２は、一定期間ごとに、記録装置１０３〜１０８に保存された各種データをＤ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９に送信し（ステップＳ１０４）、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９は受け取ったこれらデータを用いて各エリア間のＤ２Ｄ通信成功確率を推定し、推定結果をセルラーＮＷ制御装置１０２に送信する（ステップＳ１０５）。Ｄ２Ｄ通信成功確率の推定方法については後述する。
【００３３】
更にセルラーＮＷ制御装置１０２は、一定期間ごとに、データ記録装置１０３〜１０８に保存された各種データをＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０に送信し（ステップＳ１０６）、Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０は受け取ったこれらデータを用いて各エリア間のＤ２Ｄ通信選択確率を設計（算出）し、設計結果をセルラーＮＷ制御装置１０２に送信する（ステップＳ１０７）。Ｄ２Ｄ通信選択確率の設計方法については後述する。
【００３４】
なお、Ｄ２Ｄ通信の成功確率やＤ２Ｄ通信選択確率の算出に使用される各種データの取得方法は特定の方法に限られない。セルラーＮＷや移動端末等から実績値等として取得してもよいし、推定により取得してもよいし、その他の方法で取得してもよい。本実施の形態では、後述するＤ２Ｄ通信の成功確率の算出やＤ２Ｄ通信選択確率の算出の時点において、これらの算出に必要なデータが取得できており、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９やＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０は、実行する算出処理に必要なデータを有しているものとする。
【００３５】
（装置のハードウェア構成例）
上述した各装置は、コンピュータに、本実施の形態で説明する当該装置の処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。図３は、本実施の形態における各装置のハードウェア構成例を示す図である。当該装置は、例えば、セルラーＮＷ制御装置１０２（記録装置１０３〜１０８を含む、又は含まない）、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９、Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９の機能及び／又はＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０の機能を含むセルラーＮＷ制御装置１０２、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９の機能とＤ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０の機能を含む装置、などである。
【００３６】
図３に示す装置は、は、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置３００、補助記憶装置３０２、メモリ装置３０３、ＣＰＵ３０４、インタフェース装置３０５、表示装置３０６、及び入力装置３０７等を有する。
【００３７】
当該装置での処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体３０１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体３０１がドライブ装置３００にセットされると、プログラムが記録媒体３０１からドライブ装置３００を介して補助記憶装置３０２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体３０１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置３０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
【００３８】
メモリ装置３０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置３０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ３０４は、メモリ装置３０３に格納されたプログラムに従って当該に係る機能を実現する。インタフェース装置３０５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置３０６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置３０７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。
【００３９】
以下、Ｄ２Ｄ通信成功確率の推定方法、及び、Ｄ２Ｄ通信選択確率の設計方法について詳細に説明する。
【００４０】
（Ｄ２Ｄ通信成功確率の推定方法）
＜想定条件＞
本実施の形態では、アンライセンスバンドを使用するアウトバンド型Ｄ２Ｄを想定し、ワンホップ通信可能な距離をｒ以下とする。全ての場所でＷ個のチャネルがＤ２Ｄ用に使用可能であり、Ｉｎｔｅｒ−ｓｙｓｔｅｍ  ＣＳＭＡ／ＣＡ  ｏｎ  ＩＳＭ  ｂａｎｄ  を想定し、Ｄ２Ｄ通信の平均スループットをＧとする。通信開始時にＤ２Ｄ用の空きチャネルが無い場合は通信不可とする。また、最大ホップ数Ｈ以下のマルチホップを許容する。震災時であるため全ての端末が強制的にＤ２Ｄ通信に協力する環境を想定し、電源がＯＮでＤ２Ｄ通信可能な十分なバッテリー残量があることと、アウトバンドＤ２Ｄ通信機能を備えていることがＤ２Ｄ通信可能な移動端末と定義し、その比率をｓとする。
【００４１】
マクロセルの基地局は正常に動作し、通信相手（受信端末）の位置情報（座標）はセルラーＮＷから取得できることを想定する。
【００４２】
各移動端末からは平均λのポアソン過程で、平均サイズＶの幾何分布に従う通信要求を発生するものとする。各移動端末の発生呼量ＡはＡ＝λＶ／Ｇとなる。移動端末はＧＰＳ等を用いて自身の位置座標情報を取得できることを想定する。また、各移動端末は、通信先端末の位置情報を例えば３ＧＰＰで規定されているＰｒｏＳｅの方法で取得し、ＳＰＲ  （ｓｈｏｒｔｅｓｔ  ｐａｔｈ  ｒｏｕｔｉｎｇ）を用いて各Ｄ２Ｄ通信ホップにおける通信相手端末を選択する。なお、移動端末のマルチホップＤ２Ｄ通信方法に関しては、マルチホップＤ２Ｄ通信を実現できるのであれば、どのような方法を使用してもよい。
【００４３】
＜中継端末位置のモデル＞
図４を参照して、本実施の形態における中継端末位置のモデルについて説明する。図４に示すように、任意の送信端末ａ（ＳＴ  ａ）と受信端末ｂ（ＤＴ  ｂ）間の直線上を半径がｒ／４のＫ個の円領域（エリアと呼んでもよい）Ｒｋ（１≦ｋ≦Ｋ）に分割する。ここで、送信端末ａはＲ１の端に存在し、受信端末ｂはＲＫの中に存在する。
【００４４】
送信端末ａはＲ１内に存在する任意の端末ｍ１とＤ２Ｄ通信を行い、ｍ１はＲ２内に存在する任意の端末ｍ２とＤ２Ｄ通信を行い、以降同様に、Ｒｋ内の中継端末ｍｋはＲｋ＋１内に存在する任意の端末ｍｋ＋１とＤ２Ｄ通信を行い、そして最後にＲＫ−１内の中継端末ｍＫ−１は受信端末ｂとＤ２Ｄ通信を行う。送信端末ａと受信端末ｂの位置座標を各々Ｘａ、Ｘｂとすると、各円領域Ｒｋの中心の位置座標Ｃｋは次式（１）で得られる。
【００４５】
【数１】
2018182642.tif 000003
＜ワンホップ通信成功確率とマルチホップ通信成功確率の推定＞
次に、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９が実行するワンホップ通信成功確率とマルチホップ通信成功確率の推定について説明する。
【００４６】
Ｒｋ内の移動端末からＲｋ＋１内の移動端末へのワンホップＤ２Ｄ通信が成功するのは、Ｒｋ＋１内でＤ２Ｄ通信可能な移動端末が一台以上存在し、かつ、Ｗ個のＤ２Ｄ用チャネルの中で空きチャネルが一つ以上存在する場合である。Ｒｋ内の端末からＲｋ＋１内の端末へのワンホップＤ２Ｄ通信成功確率をＱｋとするとき、Ｒ＝｛Ｒ１，Ｒ２，...．．，ＲＫ｝を経由するＫホップＤ２Ｄ通信の成功確率Ｐ（Ｒ）は、下記の式（２）で得られる。
【００４７】
Ｐ（Ｒ）＝Ｑ１×Ｑ２×......×ＱＫ                      （２）
全ユーザ数（つまり、全端末数）をＮ、Ｄ２Ｄ通信フローがＲｋを経由する確率をＺｋとすると、ＲｋのＤ２Ｄ通信トラヒック負荷はｓＮＡＺｋで与えられる。ＲｋでＤ２Ｄ通信チャネルに空きがある場合でも、Ｒｋ内に中継可能な端末が存在しない場合や、経路上の他ホップでＤ２Ｄ通信が確立できない場合はＤ２Ｄチャネルが確保されない。そのためＲｋを経由するＤ２Ｄ通信要求の成功確率の平均値をＰｋとすると、Ｒｋの実効的なトラヒック負荷はｓＮＡＺｋＰｋで与えられる。
【００４８】
そのため領域Ｒｋ内の移動端末数をＮｋとすると、回線数Ｗで総呼量ρのアーランＢ式Ｅｂ（Ｗ，ρ）を用いて、ＲｋにおけるワンホップのＤ２Ｄ通信確立の成功確率Ｑｋは、下記の式（３）により算出することができる。なお、アーランＢ式Ｅｂ（Ｗ，ρ）の値は、回線数Ｗ、呼量ρにおける呼損率を示す。
【００４９】
【数２】
2018182642.tif 000004
ＺｋやＰｋを得ることが難しい場合は、下記の式（４）により、ＺｋやＰｋを用いずにＱｋを算出することも可能である。下記の式において、ＨはＤ２Ｄ通信の平均ホップ長であり、ＰはＤ２Ｄ通信のコネクション確立の成功確率の平均値である。
【００５０】
【数３】
2018182642.tif 000005
（Ｄ２Ｄ通信選択確率の設計方法）
次に、Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０により実行されるＤ２Ｄ通信選択確率の設計（算出）方法を説明する。なお、既に説明したとおり、Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０により算出されたＤ２Ｄ通信選択確率に基づき、セルラーＮＷ制御装置１０２による各移動端末に対するＤ２Ｄ通信の最適切替制御が行われる。
【００５１】
Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０は、Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置１０９により推定された、移動端末間通信成功確率Ｐ（Ｒ）から定まるＤ２Ｄ通信によって得られるユーザ効用値Ｕ（Ｐ）と、Ｄ２Ｄ通信確立が失敗した際にセルラーＮＷ経由による通信に戻すための処理によって増加する遅延時間の増加コストＣ（Ｐ）と、Ｃ（Ｐ）のＵ（Ｐ）に対する重みを表す実数パラメタαとから定まる以下の総効用値Ｆ（式（５））を最大化するよう、Ｄ２Ｄ通信選択確率を決定する。
【００５２】
Ｆ＝Ｕ（Ｐ）−αＣ（Ｐ）            式（５）
なお、ユーザ効用値Ｕ（Ｐ）とは、当該Ｄ２Ｄ通信が成功することで得られるユーザの満足度であり、家族や知人に連絡がとれることで得られる効用値である。例えば、Ｄ２Ｄ通信の距離が長いほうが短い場合よりもユーザ効用値Ｕ（Ｐ）は大きいと想定される。Ｄ２Ｄ通信選択確率は、セルラーＮＷ制御装置１０２がＤ２Ｄ通信への切り替えを指示する移動端末の割合である。
【００５３】
式（５）に関し、例えば、あるＰ（あるエリアペアのＤ２Ｄ通信）に関して、端末間距離が大きくてＵ（Ｐ）が高く、トラヒック負荷が低くて繋がりやすい（Ｃ（Ｐ）が低い）場合には、高い確率でＤ２Ｄ通信を行わせること（Ｄ２Ｄ通信選択確率を高くすること）が考えられるが、Ｄ２Ｄ通信選択確率を高くし過ぎると、トラヒック負荷が増加して、式（３）／式（４）及び式（２）から算出される成功確率が低くなり、Ｃ（Ｐ）が高くなるので、Ｄ２Ｄ通信選択確率を下げる必要がある。Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０は、このような考えに基づくシミュレーションを行うことで、エリアペア毎の、Ｆを最大にする最適なＤ２Ｄ通信選択確率を算出する。
【００５４】
より具体的には、上記シミュレーションにおいて、移動端末のペアｘに対してＤ２Ｄ通信対応端末数比率ｓに制御パラメタθｘを乗じることで、Ｄ２Ｄ通信選択確率を反映させている。つまり、Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置１１０は、通信を行いたい任意の移動端末のペアｘに対してＤ２Ｄ通信対応端末数比率ｓに乗じる制御パラメタθｘの値を最適設計することで、Ｄ２Ｄ通信への切り替えを指示する端末の割合であるＤ２Ｄ通信選択確率として最適なＤ２Ｄ通信選択確率を設計する。
【００５５】
（実施の形態の効果）
以上説明したように、本実施の形態では、携帯ネットワーク（ＮＷ）を経由しないで移動端末間で直接通信を行う移動端末間（Ｄ２Ｄ：  ｄｅｖｉｃｅ  ｔｏ  ｄｅｖｉｃｅ）通信において、通信に先立ち、携帯ＮＷから得たもしくは推定した端末密度（各エリアｋに存在する移動端末数Ｎｋ）、移動端末間距離（発着端末間の直線距離｜Ｘｂ−Ｘａ｜）から通信確立成功確率（式（３）あるいは式（４）を式（２）に代入して求まるＰ（Ｒ））を推定し、その確率に基づき、Ｄ２Ｄ通信への切り替えの適不適（Ｄ２Ｄ通信を行う場合が"適"、Ｄ２Ｄ通信を行わない場合が"不適"）を判断する。より具体的には、式（５）を最大化するＤ２Ｄ通信選択確率(最適なＤ２Ｄ通信への切り替え割合)を算出し、当該Ｄ２Ｄ通信選択確率に基づき、Ｄ２Ｄ通信への切り替えの適不適を判断する。すなわち、通信要求を送信した移動端末にＤ２Ｄ通信を行わせるか、携帯ＮＷ経由の通信を行わせるかという制御を行うことができる。
【００５６】
（実施の形態のまとめ）
以上、説明したように、本実施の形態では、複数のエリアを経由するマルチホップを許容して移動端末間で通信を行うＤ２Ｄ通信における確率推定装置であって、所定の領域毎の移動端末数に基づいて、各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するワンホップ成功確率算出手段と、各領域のワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率をマルチホップが経由する領域数に応じて乗算することにより、前記移動端末間のＤ２Ｄ通信の成功確率を算出するマルチホップ成功確率算出手段とを備えることを特徴とする確率推定装置が提供される。Ｄ２Ｄ通信確率推定装置１０９は、当該確率推定装置の例である。
【００５７】
任意の送信端末と受信端末間の直線上をＫ個の円領域Ｒｋ（１≦ｋ≦Ｋ）に分割し、Ｒｋ内の中継端末ｍｋがＲｋ＋１内に存在する任意の端末ｍｋ＋１とＤ２Ｄ通信を行うというモデルに基づいて、前記ワンホップ成功確率算出手段と前記マルチホップ成功確率算出手段は、成功確率の算出を行うこととしてもよい。
【００５８】
前記ワンホップ成功確率算出手段は、
Ｒｋ内の端末からＲｋ＋１内の端末へのワンホップＤ２Ｄ通信が成功するのは、Ｒｋ＋１内でＤ２Ｄ通信可能な端末が一台以上存在し、かつ、Ｗ（１≦Ｗ）個のＤ２Ｄ用チャネルの中で空きチャネルが一つ以上存在する場合である、という条件に基づいて、ワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率を算出し、
Ｒｋ内の端末からＲｋ＋１内の端末へのワンホップＤ２Ｄ通信成功確率をＱｋとするとき、前記マルチホップ成功確率算出手段は、Ｋ個の円領域Ｒｋ（１≦ｋ≦Ｋ）を経由するＫホップＤ２Ｄ通信の成功確率Ｐ（Ｒ）を、
Ｐ（Ｒ）＝Ｑ１×Ｑ２×......×ＱＫ  
により算出することとしてもよい。
【００５９】
前記ワンホップ成功確率算出手段は、
Ｄ２Ｄ  通信が可能な移動端末の割合をｓ、全移動端末数をＮ、領域Ｒｋ内の移動端末数をＮｋ、各移動端末の通信呼量をＡ、領域ＲｋをＤ２Ｄ通信フローが経由する確率をＺｋ、領域Ｒｋを経由するＤ２Ｄ通信のコネクション確立の成功確率の平均値をＰｋとするとき、回線数Ｗで総呼量ρのアーランＢ式Ｅｂ（Ｗ，ρ）を用いて、ＲｋにおけるワンホップのＤ２Ｄ通信の成功確率Ｑｋを、
【００６０】
【数４】
2018182642.tif 000006
で推定する、又は、
Ｄ２Ｄ通信が可能な移動端末の割合をｓ、領域Ｒｋ内の移動端末数をＮｋ、Ｄ２Ｄ通信の平均ホップ長をＨ、各移動端末の通信呼量をＡ、Ｄ２Ｄ通信のコネクション確立の成功確率の平均値をＰとするとき、回線数Ｗで総呼量ρのアーランＢ式Ｅｂ（Ｗ，ρ）を用いて、ＲｋにおけるワンホップのＤ２Ｄ通信確立の成功確率Ｑｋを、
【００６１】
【数５】
2018182642.tif 000007
で推定する
こととしてもよい。
【００６２】
前記確率推定装置は、前記マルチホップ成功確率算出手段により算出されるＤ２Ｄ通信の成功確率に基づいて、当該Ｄ２Ｄ通信によって得られるユーザの効用値Ｕ（Ｐ）と、Ｄ２Ｄ通信確率失敗に起因するコストＣ（Ｐ）と、Ｃ（Ｐ）のＵ（Ｐ）に対する重みを表すパラメータαとから定まる
総効用値Ｆ＝Ｕ（Ｐ）−αＣ（Ｐ）
を最大化するように、Ｄ２Ｄ通信選択確率を算出する手段を更に備えることとしてもよい。
【００６３】
また、本実施の形態により、移動端末から通信要求を受信する手段と、前記確率推定装置により算出された前記Ｄ２Ｄ通信選択確率に基づいて、当該通信要求の送信元の移動端末に対して、Ｄ２Ｄ通信の実行又は携帯ネットワークを経由した通信の実行を指示する手段とを備えることを特徴とするセルラーネットワーク制御装置が提供される。セルラーＮＷ制御装置１０２は、当該セルラーネットワーク制御装置の例である。
【００６４】
以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０１  移動端末
１０２  セルラーＮＷ制御装置
１０３〜１０８  記録装置
１０９  Ｄ２Ｄ通信成功確率推定装置
１１０  Ｄ２Ｄ通信選択確率設計装置
３００  ドライブ装置
３０１  記録媒体
３０２  補助記憶装置
３０３  メモリ装置
３０４  ＣＰＵ
３０５  インタフェース装置
３０６  表示装置
３０７  出力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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