(57)【要約】【課題】実用上の通信性能を評価することのできる通信システム評価装置を提供する。【解決手段】地上局２と、予め定められた運行予定に従って所定移動経路上を移動する移動体側に配備される移動局５との間の通信性能を評価する通信システム評価装置であって、移動経路上の位置Ｌに対し、地上局２との間の通信性能を表す情報を取得し、移動体の運行予定と、ここで取得した情報とに基づいて、移動体の移動時間経過に対する通信性能の変化を演算する通信システム評価装置である。【選択図】図１
2008104023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上局と、予め定められた運行予定に従って所定移動経路上を移動する移動体側に配備される移動局との間の通信性能を評価する通信システム評価装置であって、
前記移動経路上の位置に対し、前記地上局との間の通信性能を表す情報を取得する情報取得部と、
前記移動体の運行予定と、前記取得した情報とに基づいて、移動体の移動時間経過に対する前記通信性能の変化を演算する演算部と、
を含むことを特徴とする通信システム評価装置。
【請求項２】
地上局と、予め定められた運行予定に従って所定移動経路上を移動する移動体側に配備される注目移動局との間の通信性能を評価する通信システム評価装置であって、
前記注目移動局は、移動体の移動に伴い、複数の地上局のいずれかとの間で選択的に通信を行っており、
前記注目移動局が、通信先の地上局を変更する時刻と、通信先の地上局と通信している、前記注目移動局以外の移動局の数の時間的変化を表す情報と、を取得する情報取得部と、
前記取得した情報に基づいて、前記移動体の移動時間経過に対する前記通信性能の変化を演算する演算部と、
を含むことを特徴とする通信システム評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の通信システム評価装置であって、
前記通信性能として、地上局から送信される信号を注目移動局が受信した時の受信電力、またはビット誤り率の少なくとも一方とすることを特徴とする通信システム評価装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の通信システム評価装置であって、
前記移動体は、列車であり、前記運行予定は、ダイヤグラムであることを特徴とする通信システム評価装置。
【請求項５】
地上局と、予め定められた運行予定に従って所定移動経路上を移動する移動体側に配備される移動局との間の通信性能を評価する通信システム評価方法であって、
前記移動経路上の位置に対し、前記地上局との間の通信性能を表す情報を取得する工程と、
前記移動体の運行予定と、前記取得した情報とに基づいて、移動体の移動時間経過に対する前記通信性能の変化を演算する工程と、
を含むことを特徴とする通信システム評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上に配備された地上局と、列車などの移動体上に配備された移動局との間で行われる通信の性能を評価する通信システム評価装置及び、通信システム評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線伝送路の特性や移動体の移動状況を想定し、通信のシミュレーションを行い、通信性能を推定する技術が、特許文献１などに開示されている。
【０００３】
この特許文献１などに開示されている従来の通信システムの評価装置では、移動体と、地上局とを含む通信システム全体をモデル化し、移動体に発呼間隔、平均保留時間、使用回線数で代表される通信トラフィック特性情報を設定する。そして対象とされる地域における現実の地理に適合した移動体の移動特性を、実際の環境に近い状況で再現し、移動局の位置変動に対する通信性能の変化を評価している。
【特許文献１】特開２００５−３０３６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、列車やバスなど、運行予定に従って運行される移動体内の移動局においては、移動経路上に通信性能が低い場所があったとしても、その場所を高速に通過する運行予定となっていれば、実用上の問題はない。
【０００５】
しかしながら、上記従来の通信システムの評価方法では、移動体の実際の移動状況に配慮しておらず、実用上の通信性能を評価することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、実用上の通信性能を評価することのできる通信システム評価装置及び、通信システム評価方法を提供することを、その目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、地上局と、予め定められた運行予定に従って所定移動経路上を移動する移動体側に配備される移動局との間の通信性能を評価する通信システム評価装置であって、前記移動経路上の位置に対し、前記地上局との間の通信性能を表す情報を取得する情報取得部と、前記移動体の運行予定と、前記取得した情報とに基づいて、移動体の移動時間経過に対する前記通信性能の変化を演算する演算部と、を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の一態様は、地上局と、予め定められた運行予定に従って所定移動経路上を移動する移動体側に配備される注目移動局との間の通信性能を評価する通信システム評価装置であって、前記注目移動局は、移動体の移動に伴い、複数の地上局のいずれかとの間で選択的に通信を行っており、前記注目移動局が、通信先の地上局を変更する時刻と、通信先の地上局と通信している、前記注目移動局以外の移動局の数の時間的変化を表す情報と、を取得する情報取得部と、前記取得した情報に基づいて、前記移動体の移動時間経過に対する前記通信性能の変化を演算する演算部と、を含むことを特徴としている。
【０００９】
ここで、前記通信性能として、地上局から送信される信号を注目移動局が受信した時の受信電力、またはビット誤り率の少なくとも一方としてもよい。また、前記移動体は、列車であり、前記運行予定は、ダイヤグラムであることとしてもよい。
【００１０】
さらに本発明の別の態様は、地上局と、予め定められた運行予定に従って所定移動経路上を移動する移動体側に配備される移動局との間の通信性能を評価する通信システム評価方法であって、前記移動経路上の位置に対し、前記地上局との間の通信性能を表す情報を取得する工程と、前記移動体の運行予定と、前記取得した情報とに基づいて、移動体の移動時間経過に対する前記通信性能の変化を演算する工程と、を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、予め定められた運行予定を参照して評価を行うことで、実用上の通信性能を評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置１が評価の対象とする通信システムは、図１に例示するように、地上側に配備された地上局２と、中央局４と、移動体としての列車Ｔ内に配備された移動局５とを含む。
【００１３】
ここで地上局２は、移動体である列車Ｔの運行経路に沿って、沿線や駅などに設置された無線基地局であり、地上局通信設備２０と、地上局無線機２１と、地上局アンテナ２２とを含んで構成され、移動局５は、移動体通信設備５０と、移動体無線機５１と、移動体アンテナ５２とを含んで構成される。
【００１４】
地上局２の地上局通信設備２０は、例えばルータなどの通信中継装置であり、地上側データ伝送網３を介して中央局４に接続される。この地上局通信設備２０は、中央局４から地上側データ伝送網３を介して受信するパケットを、地上局無線機２１へ出力する。また、この地上局通信設備２０は、地上局無線機２１が出力するパケットを、地上側データ伝送網３を介して中央局４へ送信する。
【００１５】
地上局無線機２１は、地上局通信設備２０からパケットが入力されると、所定の無線アクセスプロトコルに従い、送信タイミングを定める。そして地上局無線機２１は、当該定めた送信タイミングで、入力されたパケットを無線信号に変換し、当該無線信号を地上局アンテナ２２を介して送出する。また、この地上局無線機２１は、地上局アンテナ２２に到来した無線信号を受信してパケットに変換し、地上局通信設備２０へ出力する。
【００１６】
移動局５の移動体通信設備５０は、例えばルータなどの通信中継装置であり、イーサネット（登録商標）や無線ＬＡＮ（Local Area Network）などデータ伝送網を介して、移動体である列車Ｔ内の少なくとも一つの通信端末Ｌとの間で、パケットのデータを送受している。
【００１７】
移動体無線機５１は、地上局２から、所定の無線アクセスプロトコルに従って送信した無線信号が移動体アンテナ５２に到来すると、当該無線信号を受信し、受信した無線信号をパケットに変換して、移動体通信設備５０に出力する。また、この移動体無線機５１は、移動体通信設備５０からパケットが入力されると、所定の無線アクセスプロトコルに従い、送信タイミングを定める。そして移動体無線機５１は、当該定めた送信タイミングで、入力されたパケットを無線信号に変換し、当該無線信号を移動体アンテナ５２を介して送出する。
【００１８】
地上側データ伝送網３は、複数の地上局２、及び中央局４との間でパケットを伝送するためのデータ伝送用ネットワークであり、例えば、広域イーサネットやＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）、ないしＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）専用回線などで構成される。
【００１９】
中央局４は、ルータなどの通信中継装置やサーバ、認証装置などを含んで構成され、移動局５とパケットを送受する通信端末に対して、地上局２を介して種々の通信サービスを提供する。
【００２０】
以上のような通信システムを評価の対象とする、本発明の実施の形態に係る通信システム評価装置１は、図２に示すように、入力部１１と、出力部１２と、記憶部１３と、演算部１４とを含んで構成されている。
【００２１】
入力部１１は、運行予定を表す運行情報と、測定された無線通信環境指標を表す情報との入力を受けて、これらの情報を演算部１４に出力する。ここに、運行情報は、列車Ｔやバスなどの場合は、ダイヤグラムの情報であり、少なくとも評価の対象となる移動体（以下、注目移動体と呼ぶ）の移動経路上の各位置の通過時刻を規定する情報である。また無線通信環境指標は、例えば、受信電力分布やビット誤り率などが注目移動体の移動位置に対してどのように変化するかを表す情報であり、例えば移動位置に対する曲線を規定する情報（グラフを描画可能な情報、例えば複数の移動位置における受信電力やビット誤り率の値の列など）として入力する。
【００２２】
出力部１２は、ディスプレイなどであり、演算部１４から入力される指示に従い、演算の結果などの情報を表示出力する。記憶部１３は、例えばディスク装置や、半導体記憶素子などであり、入力された情報や、演算の結果などを保持する。また、この記憶部１３は、演算部１４のワークメモリとしても動作する。さらに演算部１４がプログラムに従って動作する汎用の演算処理装置（プロセッサなど）である場合は、この記憶部１３には、演算部１４が実行するプログラムが格納される。なお、入力された情報や演算結果は、記憶部１３に必ずしも保持される必要はなく、例えばネットワークなどを介して接続されたサーバに蓄積されても構わない。
【００２３】
演算部１４は、運行情報を用い、移動経路上の移動体の位置に対する、移動局５と地上局２との間の通信性能を表す情報を、移動体の移動時間経過に対する通信性能の変化の情報へ変換して出力する。この演算部１４の具体的な処理の内容を次に説明する。
【００２４】
本実施の形態の演算部１４は、ＦＰＧＡ等を用い、ハードワイヤードロジックによって実現されてもよいし、汎用のプロセッサを用いて、記憶部１２に格納したプログラムを実行させることで、次の図３に示す処理を行わせてもよい。
【００２５】
演算部１４は、移動体の位置を、移動経路上の所定の点（例えば路線の起点など。以下、この所定の点を起点と呼ぶ）からの移動距離Ｌで表して以下の演算を行う。入力された無線通信環境指標の測定結果に基づき、起点からの移動距離Ｌに対する無線通信環境指標Ｐｆの変化を表す通信指標情報Ｐｆ（Ｌ）を生成する（Ｓ１）。ここで無線通信環境指標Ｐｆは、例えば移動経路の沿線において、移動体や地上局アンテナの電波送受信に対する電波雑音電力の影響が無視できる場合は、受信電力Ｐｒを無線通信環境指標とし、電波雑音電力の影響が無視できない場合はビット誤り率εｂを無線通信環境指標と定めればよい。
【００２６】
演算部１４は、移動局５の無線機の性能を表す情報としての最小受信電力の情報に基づき、各地上局２が移動経路のどの範囲をカバーするかを表す情報を生成する（Ｓ２）。そしてこの情報を基に、移動局５が通信先の地上局２を変更する、移動経路上のポイント（ハンドオーバするポイント）を起点からの距離で表したＬｈ（ｎ，ｎ＋１）を求める（Ｓ３）。ここでＬｈ（ｎ，ｎ＋１）とは、ある地上局２が生成するカバーエリア（無線セル）ｎと、それに隣接して、別の地上局２が生成する無線セルｎ＋１の境界地点を表し、無線セルｎ内を移動している列車はこの地点Ｌｈ（ｎ，ｎ＋１）に到来したときに無線セルｎから無線セルｎ＋１へのハンドオーバ処理を開始する。また無線セルｎ＋１内を移動している列車は、この地点Ｌｈ（ｎ，ｎ＋１）に到達したときに、無線セルｎ＋１から無線セルｎへのハンドオーバの処理を開始するする。Ｌｈ（ｎ，ｎ＋１）の例として、運行情報である列車運行ダイヤグラムとともに示したものを図４に示す。
【００２７】
演算部１４は、次に、評価の対象となる注目移動体（ここでは列車ａとする）の運行情報を参照し、時刻に対する、注目移動体の起点からの距離の関係Ｌａ（ｔ）を求める（Ｓ４）。
【００２８】
ここで、演算部１４が生成するＰｆ（Ｌ）及びＬａ（ｔ）の例を図５に示す。図５においては、無線通信環境指標を表すＰｆ（Ｌ）として、移動体である列車が走行する鉄道路線の沿線に設置された地上局アンテナ２２から送信された電波を、列車側の移動局５が受信する場合の受信電力Ｐｒを測定し、起点からの距離Ｌと受信電力Ｐｒの関係を求めた結果と、無線通信環境指標をビット誤り率εｂとして、列車が走行する鉄道路線の沿線に設置された地上局アンテナ２２から送信された電波を、列車側の移動局５が受信する場合のビットエラー率εｂを、起点からの距離Ｌとの関係で表したものとを示す。
【００２９】
演算部１４は、さらに、演算したＰｆ（Ｌ）とＬａ（ｔ）とを用いて、運行時刻に対する無線通信環境指標の変化をＰｆａ（ｔ）＝Ｐｆ（Ｌａ（ｔ））を求める（Ｓ５）。図６に示すように、無線通信環境指標を受信電力と定義した場合とビット誤り率と定義した場合とにおけるＰｆａ（ｔ）の例を示す。
【００３０】
さらに演算部１４は、各無線セルに複数の移動体がある場合の影響を考慮した無線通信環境指標を演算してもよい。この場合、演算部１４はさらに、ハンドオーバするポイントを表す情報Ｌｈ（ｎ，ｎ＋１）と、Ｌａ（ｔ）と、移動局５がハンドオーバの処理に要する時間（使用する移動体無線機５１の性能と、無線アクセスプロトコルの種類とに依存する）と、に基づいて、注目移動体である列車ａが各無線セルに進入する時刻と、各無線セルから離脱する時刻（以下、ｉ番目の無線セルｉに進入する時刻をｔｉａin、ｉ番目の無線セルｉから離脱する時刻をｔｉａoutと記す）と、を求める（Ｓ６）。これらｔｉａin及びｔｉａout等を時系列に並べると図７に示すようなものとなる。
【００３１】
演算部１４は、さらに運行情報を参照して、Ｌｈと、Ｌａ（ｔ）と、移動局５がハンドオーバの処理に要する時間とを用い、評価の対象となる移動体（ここでは列車ａ）が運行予定に従って移動するうちに、同時期に同じ地上局２と通信する他の移動体（列車ｂ，ｃ・・・）を検索する（Ｓ７）。具体的な処理例として演算部１４は、運行情報に含まれている各列車ｂ，ｃ・・・が各無線セル１，２，・・・に進入する時刻と、各無線セル１，２，・・・から離脱する時刻（以下、ｉ番目の無線セルｉに列車ｘが進入する時刻をｔｉｘin、ｉ番目の無線セルｉから列車ｘが離脱する時刻をｔｉｘoutと記す）と、を求める。そしてこれらの情報を用いて、ｉ番目の無線セルｉについて、ｔｉａinからｔｉａoutまでの間に、当該無線セルｉにおける他の列車の数の時間変化Ｎａｔ（ｔ）を得る（Ｓ７）。この時間変化Ｎａｔ（ｔ）は、例えば、図８に例示するようなものとなる。
【００３２】
列車ａにとって同時期に同一無線セル内に存在する他列車は、通信時に送信タイミングが一致し送信権の競合が発生する可能性があり、通信スループットなどの通信性能に影響を及ぼすので、通信性能の評価には同時期に同一無線セル内に存在する他列車の数などの情報を得ておくのである。
【００３３】
演算部１４は、各列車ａ，ｂ，ｃ，・・・が地上局２との間で送受信する通信トラフィック量を測定し、または所定の値と仮定し、各列車ａ，ｂ，ｃ，・・・が走行中に送受信する通信トラフィック量と時刻の関係Ｔｒ（ｔ）を求める（Ｓ８）。なお、ここでの説明は簡単のため全列車に関して同じＴｒ（ｔ）を用いる。
【００３４】
演算部１４は、ここまでに求めた、Ｐｆａ（ｔ）やＮａｔ（t）やＴｒ（ｔ）、及び、ハンドオーバするタイミングｔｉａin，ｔｉａoutなどから、注目移動体である列車ａの通信性能を求める（Ｓ９）。本実施の形態では通信性能として通信スループットを用い、この通信スループットと移動開始からの時刻ｔとの関係Ｒａｃ（ｔ）を求めて出力する。
【００３５】
ここでＲａｃ（ｔ）を求める方法としては、例えば、無線アクセスプロトコルとしてＩＥＥＥ８０２．１１標準方式を使用する場合、特開２００５−３０３６５８号公報に、第１の実施形態として記載された方法を用いることができる。
【００３６】
すなわち、タイムスロットＳlotが２０μｓ、ＳＩＦＳ（Short Inter-frame Space）は１０μｓ、ＤＩＳＦ（Distributed Inter-frame Space）は５０μｓとし、時刻ｔにおいて同一の通信経路を使用する無線局の総数（移動局５の数）をＮａｔ（ｔ）、送受信フレームの平均データ長をＬｍ、全移動局５が単位時間当りに送信するデータの総量をＴｒ（ｔ）とする。また、送受信フレームのデータのスループットをここでは実効通信スループットＲａｃ（ｔ）とする。
【００３７】
また、ａ＞ｂのとき、
【数１】
2008104023.tif 000003
と演算する。以下の説明では、所定回数（７回）再送しても送信成功しなかったフレームは、再送失敗（リトライオーバ）フレームとして廃棄することとする。
【００３８】
通信プロトコルとしてＩＥＥＥ８０２．１１標準プロトコルを用いる場合を想定すると、ユニキャスト送信の場合、送信局Ａが送信したフレームを、受信局Ｂが正常に受信すると、この受信局ＢはＡｃｋフレームを返信する。この送信局Ａのフレームの送信開始から、Ａｃｋフレームが送信終了するまでの所要時間Ｔｆｔは、次の式（２）で示される。
【００３９】
【数２】
2008104023.tif 000004
再送ｎ回目のバックオフ時間の期待値Ｔｂｋ（ｎ）は、バイナリポテンシャルバックオフアルゴリズムより、式（３）で示される。
【００４０】
【数３】
2008104023.tif 000005
したがって、他のフレームとの衝突やノイズによるフレームエラーおよび他フレームの送信終了を待つ送信延期を考慮しない場合のフレーム送信時間の期待値Ｔｔｃｏは、
Ｔｔｃｏ＝ＤＩＳＦ＋Ｔｂｋ（０）＋Ｔｆｔ
となる。
【００４１】
また、他局との通信衝突の確率を考慮すると、次のようになる。すなわち、ここでの衝突発生時のフレーム再送信開始タイミングは、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式であるＩＥＥＥ８０２．１１標準プロトコルでは、フレーム送信前にランダムに選んだ数に比例した時間（バックオフ時間）だけ送信延期した後に送信を開始する。
【００４２】
フレームを送信しようとしているある無線局が、ｎ回目の再送時に他の無線局と送信タイミングが一致するランダム時間を選ぶ確率Ｐｃｌ（ｎ）は、式（４）と表すことができる。
【００４３】
【数４】
2008104023.tif 000006
【００４４】
ここでＮｔｌは、換算無線局数であり、
換算無線局数Ｎｔｌ（ｔ）＝CEILING［Ｎａｔ（ｔ） η］
として演算される。ここで、CEILING［＊］は、［＊］内の数値を切り上げた整数値とすることを表す。また、ηは、
【数５】
2008104023.tif 000007
と定義する。ここでMIN［＊］は、［＊］の２つの数値のうち、絶対値の小さい値を選択することを意味する。
【００４５】
式（４）において、衝突確率を考える場合、他の無線局が送信起動をかけるタイミング及びフレーム送信開始までの時間はどちらもランダムである。したがって、ある無線局がフレームをどのタイミングで送信しても、他の無線局の送信タイミングが一致する確率は全て等しいと考える。例えば、ある無線局が送信時にランダムに選ぶ整数（ｎ個の中から１個）に対応するタイミングと、他のＮ個の無線局の送信タイミングが一致する確率は（１／ｎ）Ｎとする。
【００４６】
また、ネットワーク全体の負荷が小さいことは、ある時点、例えばある無線局が送信起動をかけた時点で送信フレームを持っている他の無線局の数が少ないことと等価であると見なし、換算無線局数Ｎｔｌを上のように規定したものである。
【００４７】
次に、通信フレームの送信遅延時間を考える。ＣＳＭＡ／ＣＤ方式であるＩＥＥＥ８０２．１１標準プロトコルでは、フレーム送信前にキャリアセンスを行い、無線伝送路に他の無線局からのキャリアが存在しなければ、予定のランダム時間だけ待ってからフレームを送信する。
【００４８】
もし、キャリアが存在していれば、そのキャリアが停止するまで待機し、さらにランダム時間待ってからフレームを送信する。また、送信前にランダム時間だけ待っている途中でキャリアをセンスした場合は、そのキャリアが存在している期間はランダム時間の計測を一時停止し、キャリアが停止した後、再度ランダム時間の計測を再開する。このキャリア存在中にランダム時間の計測を停止することを送信延期と呼ぶ。
【００４９】
再送ｎ回目の送信延期時間の期待値Ｔｄｆ（ｎ）は、式（６）で表わすことができる。
【００５０】
【数６】
2008104023.tif 000008
【００５１】
式（６）では、送信延期がバックオフのランダム時間計測中に発生するため、ランダム時間の平均値に相当する時間に他の無線局が送信するフレーム数の期待値を計算している。なお、あるタイミングで他の無線局がフレーム送信する確率は衝突確率と同様、Ｐｃｌ（ｎ）である。例えば、再送０回目（最初の送信時）は、０〜３１の中からランダムに整数を選び、それに２０μｓをかけた時間だけバックオフを行う。上記各整数から３を選ぶと、０，１，２のタイミングで送信される他の無線局のフレームが送信延期の対象となり、送信延期時間の期待値は、３ （Ｐｃｌ（０） Ｔｆｔ）となる。他方、５を選んだ場合には、同様に、送信延期時間の期待値は、５ （Ｐｃｌ（０） Ｔｆｔ）である。各整数を選ぶ確率は１／３２であり、また、０を選んだ場合は衝突のみで送信延期はあり得ない。したがって、
Ｔｄｆ（０）＝３１・（３１＋１）／２×Ｐｃｌ（０）・Ｔｆｔ×（１／３２）
＝３１／２×Ｐｃｌ（０）・Ｔｆｔ
となる。他の再送回数の時も同様に考えて、このＴｄｆ（０）が得られる。
【００５２】
次に送信成功確率について考える。送信が成功する確率は、フレームエラーが発生しない確率と衝突が発生しない確率の積である。したがって、再送０回目（最初の送信時）に送信成功する確率Ｐｔｓ（０）は、
Ｐｔｓ（０）＝（１−ＦＥＲ）（１−Ｐｃｌ（ｎ））
である。次に、再送１回目（最初の送信時）に送信成功する確率Ｐｔｓ（１）は、再送０回目で送信失敗したフレームが対象であるから、なおここにＦＥＲは、フレームエラーが生じる確率を表し、Ｐｆａ（ｔ）をビットエラーレートとして、ＦＥＲ＝Ｌｍ×Ｐｆａ（ｔ）と演算することができる。
Ｐｔｓ（１）＝(１−ＦＥＲ）（１−Ｐｃｌ（１）） （１−Ｐｔｓ（０））
である。以下同様に、再送ｎ回目に送信に成功する確率Ｐｔｓ（ｎ）は、式（７）となる。
【００５３】
【数７】
2008104023.tif 000009
【００５４】
また、ここでは所定回数（７回）再送しても送信成功しなかったフレームは、再送失敗（リトライオーバ）フレームとして廃棄することとしているので、リトライオーバ確率Ｐｒｏは、式（８）となる。
【００５５】
【数８】
2008104023.tif 000010
【００５６】
次に、送信完了時間および実効通信スループットについて考える。
【００５７】
再送ｎ回目の送信完了時間（キャリアセンスからＡｃｋフレーム送信終了までの所要時間）の期待値Ｔｔｃ（ｎ）は、
Ｔｔｃ（ｎ）＝Ｔｔｃ（ｎ−１）＋ＤＩＳＦ＋Ｔｂｋ（ｎ）＋Ｔｄｆ（ｎ）＋Ｔｆｔ
となる。ただし、Ｔｔｃ（−１）＝０とする。
【００５８】
ここで、フレーム送信時間（フレーム送信開始からＡｃｋフレーム送信終了までの所要時間）をＴｆｔとし、再送ｎ回目のバックオフ時間の期待値をＴｂｋ（ｎ）、また、衝突、フレームエラー及び他送信延期を考慮しない場合の送信完了時間、すなわちキャリアセンスからＡｃｋフレーム送信終了までの所要時間の期待値をＴｔｃｏとしている。また再送ｎ回目の送信完了時間、すなわちキャリアセンスからＡｃｋフレーム送信終了までの所要時間の期待値をＴｔｃ（ｎ）とする。
【００５９】
したがって、送信完了時間（送信開始からＡｃｋフレーム送信終了までの所要時間）の期待値Ｔｔｃは、式（９）で表わすことができる。
【００６０】
【数９】
2008104023.tif 000011
【００６１】
また、１フレームを送信完了するために必要な時間の期待値をＴｔｃとすると、ＭＡＣデータの実効通信スループットＲａｃ（ｔ）は、再送失敗する確率Ｐｒｏも考慮して、
Ｒａｃ（ｔ）＝Ｒｍａｃ＝Ｌｍ×８／Ｔｔｃ （１−Ｐｒｏ）            （１０）
となる。
【００６２】
このように、Ｐｆａ（ｔ）、Ｎａｔ（ｔ）、Ｔｒ（ｔ）、Ｒａｃ（ｔ）を特開２００５−３０３６５８公報の第１の実施形態に記載されたＢＥＲ、Ｎｔ、Ｒｌ、Ｒｍａｃに置き換え、Ｐｆａ（ｔ）を時刻ｔにおけるＢＥＲ、Ｎａｔ（ｔ）を時刻ｔにおけるＮｔ−１、全列車分のＴｒ（ｔ）の合計を時刻ｔにおけるＲｌと置き換えると、時刻ｔにおけるＲｍａｃが得られる。
【００６３】
なお、ハンドオーバが発生している期間は全くデータ伝送ができないため、ハンドオーバ処理中の時刻ｔではＨｏ（ｔ）＝０、ハンドオーバ処理をおこなっていない時刻ｔではＨｏ（ｔ）＝１となる関数Ｈｏを用いると、時刻ｔにおけるＲａｃ（ｔ）を、式（１０）に代えて、
Ｒａｃ（ｔ）＝Ｒｍａｃ・Ｈｏ（ｔ）
としてもよい。ここに、
Ｒｍａｃ＝Ｌｍ×８／Ｔｔｃ （１−Ｐｒｏ）
である。
【００６４】
また、ここでの例では、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式のプロトコルの例を用いて説明したが、他の無線アクセスプロトコルの例として、図９に示すポーリング方式も考えられる。
【００６５】
この方式では、地上局無線機２１が、地上局２のカバーエリアにある移動体無線機５１を順次、１局ずつ呼び出す（７００１、７００３、７００５）、すると、呼び出された移動体無線機５１がそれに応答する（７００２、７００４、７００６）。地上局２および移動局５は、送信するデータが発生した場合には、呼び出しや応答の時に送信するパケット（７００１〜７００６）に、当該送信するデータを含めて送信する。また、図９では、パケットは時間τ［秒］毎に時分割多重方式で送信されるものとし、一つのパケットに含めることができるデータ量を最大α［バイト］とする。
【００６６】
時刻ｔにおける同一無線セル内に存在する移動局５の数はＮａｔ（ｔ）であるから、図９に示すポーリング方式では、ある移動局５の送信間隔は２τ・Ｎａｔ（ｔ）［秒］となり、時刻ｔにおいて１つの移動局５が地上局２へ単位時間当たりに送信できる最大トラフィック量は８α／（２τ・Ｎａｔ（ｔ））［ビット／秒］となる。
【００６７】
ここで、１つの移動局５が時刻ｔにおいて地上局２との間で送受信するトラフィック量Ｔｒ（ｔ）［ビット／秒］のうち、移動局５から地上局２へ送信する（上りの）トラフィック量を例えばＴｒ（ｔ）／２［ビット／秒］と仮定すると、無線伝送路でパケット誤りが発生しない場合でも、Ｔｒ（ｔ）／２が８α／（２τ・Ｎａｔ（ｔ））より大きければ列車側（送信側）でデータ溢れが発生し、トラフィック量は８α／（２τ・Ｎａｔ（ｔ））で頭打ちになる。
【００６８】
また、時刻ｔにおけるビット誤り率はＰｆａ（ｔ）であるから、パケット誤り率を８α・Ｐｆａ（ｔ）と考えると、１−（８α・Ｐｆａ（ｔ））がパケットを正常に伝送できる確率である。
【００６９】
さらに、図８よりハンドオーバが発生している期間は全くデータ伝送ができないため、ハンドオーバが発生している時刻ｔではＨｏ（ｔ）＝０、ハンドオーバが発生していない時刻ｔではＨｏ（ｔ）＝１となる関数Ｈｏを用いると、時刻ｔにおけるＭＡＣデータの実効通信スループットＲａｃ（ｔ）［ビット／秒］は、
Ｒａｃ（ｔ）＝｛８α／（２τ・Ｎａｔ（ｔ））｝×｛１−（８α・Ｐｆａ（ｔ））｝×Ｈｏ（ｔ）
となる。
【００７０】
なお、これらのプロトコル以外あってでも無線アクセスプロトコルを数式などでモデル化すれば、通信能力を演算することができる。
【００７１】
Ｒａｃ（ｔ）の概要の例を図１０に示す。図１０におけるＲａｃ（ｔ）のように通信スループットを時系列に表示すると、通信スループットが低い環境でもその継続時間が短く、無線アクセスプロトコルの再送機能により無視できる場合や、受信電力が大きくあるいはビット誤り率が低く通信スループットが大きくなるはずの環境が長い時間継続しても、すれ違い列車や追い越し列車などにより同一無線セル内に複数列車が存在して通信スループットが低くなる場合など、従来のように距離に対する受信電力やビット誤り率の関係だけでは判明しなかった通信性能を明らかにすることができる。
【００７２】
ところで、ハンドオーバするタイミングやＮａｔ（ｔ）、Ｐｆａ（ｔ）、Ｔｒ（ｔ）を入力する際には、図１１（ａ）から（ｃ）等に示すように、テーブルとして入力することとしてもよい。
【００７３】
本実施形態によれば、運行予定に従って移動する移動体を用いた移動体通信システムにおいて、沿線の電波伝搬状態の変動や、他の移動体が及ぼす影響を、実際の運行予定を表す運行情報に従った時間的な変動に変換しており、これにより実際の移動中の通信性能を評価でき、より精度の高い通信性能評価を行うことできる。
【００７４】
［無線通信環境指標を演算で求める例］
ここまでの例では、無線通信環境指標である受信電力Ｐｒやビット誤り率εｂを測定により求めていたが、これらの情報を計算により求めてもよい。
【００７５】
この例では、入力部１１は、運行予定を表す運行情報と、通信性能の演算に用いる情報との入力を受けて、演算部１４に出力する。ここで通信性能の演算に用いる情報は、移動体の移動経路上の各位置における移動局５と地上局２との間の通信性能の演算に用いられる情報であり、（ａ）無線パラメータやシミュレーションの対象となる空間（送受信局が存在する空間）の周囲環境（建物のレイアウトなど）、（ｂ）地上局２の位置（アンテナの配置などを含む）、（ｃ）周囲の雑音、（ｄ）電波干渉波の電力等のシミュレーション環境に関する情報、などである。またこの通信性能の演算に用いる情報には、（ｅ）使用する通信プロトコルを特定する情報を含んでもよく、さらに（ｆ）地上局２の数、（ｇ）通信端末の数、（ｈ）各通信端末に必要な単位時間当りの送受信データ量及び（ｉ）その他の所望のシミュレーション条件を含んでもよい。なお、無線パラメータは、使用する無線周波数や送受信変調方式や送信電力などの情報である。
【００７６】
また、この入力部１１は、（ｊ）各地上局２がカバーする通信可能範囲（カバーエリア）を規定する情報の入力を受けて、演算部１４に出力する。
【００７７】
そして演算部１４は、入力部１１にて入力を受け入れた、通信性能の演算に用いる情報、すなわち使用する無線周波数やシミュレーションの対象となる空間（送受信局が存在する空間）の周囲環境（建物のレイアウトなど）や地上局２と移動局５との位置や送信電力、地上局２や移動局５が備えるアンテナの特性などの情報に基づき、地上局２と移動局５との間の無線通信環境指標を算出する。
【００７８】
ここで無線通信環境指標は、例としては、受信電力分布やビット誤り率などがある。例えば電界強度分布や遅延特性分布などの演算は、一般的に知られているレイトレーシング法や有限差分時間領域法などを用いて行うことができる。ここに、レイトレーシング法は、電波伝搬を幾何光学的に解析する方法であり、鹿子嶋憲一著「光・電磁波工学」コロナ社、２００３年などの文献において述べられている。また、有限差分時間領域法は、マクスウェルの方程式を差分化して電磁界を解析する方法であり、宇野亨著「ＦＤＴＤ法による電磁界およびアンテナ解析」コロナ社、１９９８年などの文献に述べられている。なお、遅延特性とは、電波伝搬経路の異なる複数の電波の位相差の特性である。
【００７９】
また演算部１４は、ビット誤り率を演算する場合や、上記演算で得られた電界強度分布や遅延特性分布を用い、さらに入力された情報として、送受信に使用される変調方式や周囲の雑音および電波干渉波の電力などの情報を参照して、通信に用いる変調方式との関係に基づいて定められる方法で誤り率特性分布を演算する。例えば通信に用いる変調方式がＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）やＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）であれば、１ビット当りの信号電力に対する雑音密度の比であるＥｂ／Ｎｏを用いて計算することができる。この信号電力対雑音密度の比Ｅｂ／Ｎｏは、上記演算で得られた電界強度分布や遅延特性分布を用い、さらに入力された情報として、送受信に使用される変調方式や周囲の雑音および電波干渉波の電力などの情報を参照して演算できる。このように、Ｅｂ／Ｎｏから伝送路誤り率特性分布を求める方法は、藤野忠著「ディジタル移動通信」昭晃堂、２０００年などの文献において述べられている。
【００８０】
以下では、この場合の通信システム評価装置１の動作を、無線通信環境指標としてビット誤り率εｂを用い、移動体が列車である場合を例として述べる。
【００８１】
この場合、通信システム評価装置１は、図１２に示すように、まず沿線の地上局位置、地形、建築物を数値モデル化し、地上局２および列車で使用する無線機の送受信性能などから、地上局２が送信した電波を列車で受信した場合の受信電波強度と起点駅からの距離Ｌの関係Ｐｒ（Ｌ）を求める（Ｓ１１）。ここでＰｒ（Ｌ）を求める方法としては、レイトレーシング法やモーメント法など、一般の電波伝搬シミュレーションや電磁場解析ソフトウェアなどを使用することができる。
【００８２】
次に、鉄道路線沿線の電波雑音を列車で受信した場合の受信雑音強度と起点からの距離Ｌの関係Ｎｒ（Ｌ）を求める（Ｓ１２）。このＮｒ（Ｌ）を求める方法としては、沿線で電波雑音を計測した結果を用いてもよいし、電波雑音源の場所や電波強度が判明している場合は、レイトレーシング法やモーメント法などの一般の電波伝搬シミュレーションや電磁場解析ソフトウェアなどを用いてもよいし、全ての路線にわたり一定の電波雑音電力を仮定してもよい。
【００８３】
次に、ＰｒとＮｒより、地上局２からの電波を列車で受信した場合のビット誤り率と起点からの距離Ｌの関係εｂ（Ｐｒ（Ｌ），Ｎｒ（Ｌ））を求める（Ｓ１３）。ここで、εｂ（Ｐｒ（Ｌ），Ｎｒ（Ｌ））とあるのは、εｂがＰｒ（Ｌ）とＮｒ（Ｌ）の関数であることを示す。ＰｒとＮｒよりビット誤り率εｂを求める方法には、上述の藤野忠著「ディジタル移動通信」（昭晃堂、２０００年）などの文献において述べられている方法を用いることができる。図１３に、起点からの距離Ｌに対するＰｒ、Ｎｒおよびεｂの変化例を示す。
【００８４】
次に、評価対象となる列車（注目移動体）ａの運行情報（この場合は列車運行ダイヤグラム）より、起点からの距離Ｌと通過時刻との関係Ｌａ（ｔ）を求める（Ｓ１４）。
【００８５】
次に、上記εｂとＮｒより、地上局２らの電波を列車で受信した場合のビット誤り率と通過時刻の関係εｂ（Ｐｒ（Ｌａ（ｔ）），Ｎｒ（Ｌａ（ｔ）））を求める（Ｓ１５）。なお、εｂ（Ｐｒ（Ｌａ（ｔ）），Ｎｒ（Ｌａ（ｔ）））とは、εｂがＰｒ（Ｌ）とＮｒ（Ｌ）の関数であり、さらにＰｒとＮｒがＬａ（ｔ）の関数であることを示す。図１４にεｂ（Ｐｒ（Ｌａ（ｔ）），Ｎｒ（Ｌａ（ｔ）））の例を示す。
【００８６】
本実施形態によれば、鉄道等、移動体の移動経路近傍の無線通信環境指標を、計算により求めるので、無線通信環境の測定作業負担の低減を図ることが可能である。
【００８７】
［応用例］
このように本実施の形態によると、無線通信の性能指標となるビットエラーレートや、受信電力、スループットなどの情報を、移動体の実際の移動状況に応じて、運行時刻別に評価できる。そこで、評価の結果のうち、現実に通信状況が所定の状態となる（例えばビットレートが予め定めたしきい値を超える、ないしは受信電力やスループットがしきい値を下回るなど）の条件を満足する時間帯を検出し、当該時間帯を強調表示するなどして、当該時間帯の存在を警告することとしてもよい。
【００８８】
さらに、無線通信の性能指標となるビットエラーレートや、受信電力、スループットなどの情報を、送受するデータの変調方式やプロトコルを変更しつつ評価することで、運行時刻別に、各変調方式や各プロトコルでの無線通信の性能指標を得ることができる。そこで、運行時間帯ごとに最も高い性能指標となる変調方式やプロトコルを提示する情報を出力してもよい。
【００８９】
この情報は、移動中の通信状態の変動に配慮して、場所・時間帯に応じて無線変調方式やプロトコルを適応的に変化させる処理に供することができる。
【００９０】
［移動体側端末からの通信評価］
実際の鉄道システムでは、上述の通信性能を持つ列車通信システムを使用して、業務用通信やインターネットアクセスなどの通信アプリケーションを使用することもあり、こうした通信アプリケーションを使用した場合の通信性能の評価も必要である。
【００９１】
本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置１０は、図１５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、主記憶部等を含む演算部７１と、情報の入力などを行うキーボードやマウスなどの入力部７２と、入力した情報や、動作状態、ログ情報などを表示出力するディスプレイなどの出力部７３と、送受信するパケットを蓄積したり、ログ情報を保持するハードディスクや、メモリディスク、不揮発性メモリなどで構成可能な記憶部７４と、地上局通信設備２０や、移動体通信設備５０に接続するためのインタフェース部７５と、を含んで構成される。
【００９２】
ここで演算部７１は、図１６に示すように、機能的には、評価開始からの経過時刻ｔを計時するタイマ（不図示）と、複数の地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１と、地上局切替模擬部６２と、移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３とから構成される。なお、以下の説明では、上記タイマが計時する時刻をシミュレーション時刻と呼ぶ。
【００９３】
地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１は、各地上局２に対応して設けられており、対応する地上局２の地上局通信設備２０に接続される。この地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１は、地上局無線機２１及び地上局アンテナ２２の動作を模擬し、対応する地上局通信設備２０宛のパケットを受信する動作や、対応する地上局無線通信設備２０が出力するパケットを、無線アクセスプロトコルに基づいて無線伝送路を介して送信する動作をシミュレートする。なお、この地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１が模式的に、無線伝送路に対して送信するパケットは、実際には地上局切替模擬部６２に出力される。
【００９４】
具体的な処理として、地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１は、図１７に示すように、対応して接続されている地上局通信設備２０からパケットの入力を受けると（Ｓ２１）、当該パケットを移動局５へ送信する送信待ち時間Δｔを無線アクセスプロトコルのモデルに基づいて計算する（Ｓ２２）。この処理Ｓ２２における送信待ち時間の計算例は後に述べる。
【００９５】
地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１は、パケットの入力を受けた時点でのタイマの計時するシミュレーション時刻ｔから、計算した送信待ち時間Δｔに相当する時間が経過したか否かを判断し（Ｓ２３）、送信待ち時間Δｔに相当する時間が経過すると、入力されたパケットを地上局切替模擬部６２に出力する（Ｓ２４）。
【００９６】
地上局切替模擬部６２は、少なくとも評価の対象となる移動体（以下、注目移動体と呼ぶ）の運行予定を記述した運行情報を参照し、評価の開始時点からの経過時刻ｔに対する注目移動体の所在位置の変化を表す情報Ｌａ（ｔ）を取得して処理を開始する。
【００９７】
さらに地上局切替模擬部６２は、図１８に示すように、地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１から、パケットの転送を受けると、当該転送されたパケットの宛先と、送出元の地上局通信設備２０とを識別する（Ｓ３１）。そして、この宛先となった移動体が注目移動体であり、かつ受信した時点での上記タイマの計時するシミュレーション時刻ｔにおける注目移動体の位置Ｌａ（ｔ）が、上記識別した地上局通信設備２０を含む地上局２の通信範囲内に存在するか（在圏しているか）否かを判断する（Ｓ３２）。地上局切替模擬部６２は、ここで在圏していると判断すると、当該パケットを移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３に出力する（Ｓ３３）。なお、ここで在圏していないと判断したときには、地上局切替模擬部６２は、パケットを破棄する（Ｓ３４）。
【００９８】
また、この地上局切替模擬部６２は、図１９に示すように、移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３からパケットの転送を受けると（Ｓ４１）、当該転送を受けた時点での上記タイマの計時するシミュレーション時刻ｔにおける、パケットの送信元である注目移動体の位置Ｌａ（ｔ）を調べる（Ｓ４２）。そして、このＬａ（ｔ）の位置をカバーする地上局２があるか否かを検索する（Ｓ４３）。ここでＬａ（ｔ）の位置をカバーする地上局２が検索により見出された場合は、当該見出した地上局２に対応する地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１に対して、転送されたパケットを出力する（Ｓ４４）。なお、検索により、Ｌａ（ｔ）の位置をカバーする地上局２が見出せなかった場合は、転送されたパケットを破棄する（Ｓ４５）。
【００９９】
移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３は、注目移動体の移動体通信設備５０に接続される。そして、この移動体通信設備５０から入力されるパケットを、無線アクセスプロトコルに基づいて、地上局切替模擬部６２に模擬的に送信する動作を行う。また、この移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３は、地上局切替模擬部６２が出力するパケットを、接続されている移動体通信設備５０に出力する。
【０１００】
具体的な処理の例として、この移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３は、図２０に示すように、接続されている移動体通信設備５０からパケットを受信すると（Ｓ５１）、当該受信したパケットを地上局２へ送信する送信待ち時間Δｔを、無線アクセスプロトコルに基づいて計算する（Ｓ５２）。この送信待ち時間の計算方法についても後に述べる。
【０１０１】
移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３は、パケットの入力を受けた時点でのタイマの計時するシミュレーション時刻ｔから、計算した送信待ち時間Δｔに相当する時間が経過したか否かを判断し（Ｓ５３）、送信待ち時間に相当する時間Δｔが経過したと判断すると、受信したパケットを、地上局切替模擬部６２に転送する（Ｓ５４）。
【０１０２】
ここで、地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１および移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３において、送信待ち時間Δｔを、無線アクセスプロトコルに基づいて計算する方法について例を挙げて説明する。ただし、以下の例に限らず、他の無線アクセスプロトコルであっても、数式などでモデル化できれば同様に計算できる。
【０１０３】
この送信待ち時間を計算する例の一つとして、無線アクセスプロトコルが図９に示したポーリング方式である場合の例を示す。この方式では、地上局無線機２１が複数の移動局無線機５１を、順番に１局ずつ呼び出し（7００１、7００３、7００５）、呼び出された移動局無線機５１がそれに応答する（7００２、7００４、7００６）こととなる。地上局２および移動局５では、送信するべきデータが発生したときには、そのデータを、上述の呼び出しや応答の時に送信するパケット（7００１〜7００６）に含めて送信する。また、図９では、パケットは時間τ毎に送信されるものとし、各パケットの中に入れることができるデータ量を最大αバイトとする。
【０１０４】
いま、地上局２が送信しようとするデータがβバイトである場合、γ＝ＣＥＩＬＩＮＧ［β／α］個のパケットが必要となる。なお、ＣＥＩＬＩＮＧ［＊］は＊の小数点以下を切り上げた整数値を示すとする。この場合、送信待ち時間（送信完了までの待ち時間と同意）Δｔを、(２γ−１)τ以上(２γ＋１)τ以下と規定する。例えば、これらの平均値として、Δｔ＝２γτとしてもよい。移動局５がβバイトのデータを送信する場合も同様である。
【０１０５】
また、送信待ち時間を計算するもう一つの例として、無線アクセスプロトコルがＩＥＥＥ８０２．１１標準方式である場合を示す。この場合の送信待ち時間の計算方法は、特開２００５−３０３６５８号公報に記載された方法を用いることができる。具体的例では、式（２）
【数２】
2008104023.tif 000012
や、
Ｔｔｃｏ＝ＤＩＳＦ＋Ｔｂｋ（０）＋Ｔｆｔ
を用いればよい。
【０１０６】
ここで、地上局切替模擬部６２が、図１８に示した処理Ｓ３２において、注目移動体の移動局５が、パケット送信元である地上局２のカバーエリアに在圏しているか否かを判断する方法について述べる。
【０１０７】
地上局切替模擬部６２は図２１に示すように、まず、注目移動体の移動パターン情報を生成し、移動開始の位置（起点）をカバーエリアに含む地上局２を通信先として設定するなど初期化処理を行う（Ｓ６１）。ここで移動パターン情報は、注目移動体の運行情報に基づいて生成できる。例えば、注目移動体の移動経路において、注目移動体が、通信先の地上局２を切り替えるポイント（ハンドオーバポイント）Ｌｈを定めておく。
【０１０８】
地上局切替模擬部６２は、注目移動体が次に進入するべきカバーエリアをカバーする地上局２を特定する（Ｓ６２）。この特定は、現在の通信先である地上局２のカバーエリアに対して、注目移動体の移動方向側に隣接するカバーエリアを備えた地上局２を見出すことで行うことができる。
【０１０９】
また、地上局切替模擬部６２は、注目移動体の移動が終了したか否かを調べ（Ｓ６３）、移動が終了したと判断すると、処理を終了する。
【０１１０】
地上局切替模擬部６２は、この処理Ｓ６３において、移動が終了していないと判断すると、タイマが計時しているシミュレーション時刻ｔにおいて、注目移動体の移動位置Ｌａ（ｔ）がハンドオーバポイントＬｈに到来しているか否か（当該時点が通信先となっている地上局２のカバーエリアから離脱する時刻であるか否か）を調べる（Ｓ６４）。ここで、注目移動体の移動位置Ｌａ（ｔ）がハンドオーバポイントＬｈに到来していないならば、引き続き、現在通信先となっている地上局２のカバーエリアにあることとして、処理Ｓ６３に戻って処理を続ける。
【０１１１】
この処理Ｓ６４において、注目移動体の移動位置Ｌａ（ｔ）がハンドオーバポイントＬｈに到来していると判断すると、ハンドオーバ処理に係る時刻だけ待機して（Ｓ６５）、処理Ｓ６２で特定した地上局２を新たな通信先として設定する（Ｓ６６）。そして地上局切替模擬部６２は、処理Ｓ６２に戻って処理を続ける。
【０１１２】
なお、ここでは移動距離Ｌａ（ｔ）により、通信相手の地上局２を特定する例について述べたが、これに限られるものではない。例えば、地上局切替模擬部６２は、予め注目移動体が、各ハンドオーバポイントＬｈに到達する時刻ｔを求め、これにより各地上局２のカバーエリアに進入する時刻と、離脱する時刻とを算出しておき、移動開始からの時刻ｔにより、通信相手の地上局２を特定することとしてもよい。
【０１１３】
また、ここでは無線伝送路のビットエラーの影響や、他の移動体の移動局５との無線アクセス競合の影響が考慮されていないが、これらを考慮したシミュレーションを行っても構わない。また、通信システム評価装置１を介して送信または受信されたパケット数や、廃棄されたパケット数などをログ情報として記録し、蓄積することとしてもよい。
【０１１４】
この場合、図２２に示すように、無線伝送路を模擬する無線伝送路模擬部６４をさらに設け、地上局切替模擬部６２の出力を、この無線伝送路模擬部６４を介して、地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１や移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３へ出力することとする。
【０１１５】
そして、無線伝送路模擬部６４は、図２３に示すように、地上局切替模擬部６２が出力するパケットを受けて（Ｓ７１）、このパケット内にビットエラーを発生させるか否かを判断する（Ｓ７２）。この処理の方法については後に述べる。
【０１１６】
無線伝送路模擬部６４は、この処理Ｓ７２でビットエラーを発生させないこととする場合は、処理Ｓ７１で受けたパケットを、移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３へ転送する（Ｓ７３）。一方、処理Ｓ７２において、パケット内にビットエラーを発生させると判断されると、無線伝送路模擬部６４は、当該パケットを廃棄する（Ｓ７４）。また、この処理Ｓ７４では、無線伝送路模擬部６４は、パケットを廃棄する代りに、パケット内に実際にビットエラーを挿入することとしてもよい。
【０１１７】
また、無線伝送路模擬部６４は、図２４に示すように、移動局無線アクセスプロトコル模擬部６３からパケットが入力されると（Ｓ８１）、このパケット内にビットエラーを発生させるか否かを判断する（Ｓ８２）。この処理の方法については後に述べる。無線伝送路模擬部６４は、この処理Ｓ８２においてビットエラーを発生させないこととする場合は、処理Ｓ８１で受けたパケットを、地上局切替模擬部６２へ転送する（Ｓ８３）。一方、処理Ｓ８２において、パケット内にビットエラーを発生させると判断したときには、無線伝送路模擬部６４は、当該パケットを廃棄する（Ｓ８４）。この処理Ｓ８４においても、無線伝送路模擬部６４は、パケットを廃棄する代りに、パケット内に実際にビットエラーを挿入することとしてもよい。
【０１１８】
ここで、無線伝送路模擬部６４が、図２３に示した処理Ｓ７２や、図２４に示した処理Ｓ８２において、パケット内にビットエラーを発生させるか否かを判断する方法の例を図２５に示す。
【０１１９】
この例では、無線伝送路模擬部６４は、図２３や図２４に示した処理を行う前に、図２５に示すように、無線伝送路のビットエラー率εｂを時系列に設定する（Ｓ９１）。例えば、時刻ａから時刻ｂまでの間はε＝１０の−５乗、時刻ｂから時刻ｃまでの間はεｂ＝１０の−６乗、というように設定する。
【０１２０】
ここで、無線伝送路のビットエラー率εｂ算出のために、利用者が入力したビット誤り率εｂの曲線を規定する情報を用いるか、あるいはビット誤り率の時間変化を表わすテーブルを参照する。
【０１２１】
次に、無線伝送路模擬部６４は、タイマが計時するシミュレーション時刻におけるビットエラー率の値を上述の設定に従ってεｂｃとする（Ｓ９２）。そして１以上１／εｂｃ以下の整数であるランダムの数値Ｙを定める（Ｓ９３）。この値Ｙは、ビットエラーが発生するまでのビット長を表わす。
【０１２２】
無線伝送路模擬部６４は、処理Ｓ７２やＳ８２においては、図２６に示すように、上記処理によって設定した数値Ｙから、受けいれたパケットのビット長を減算し、その減算結果を改めてＹに代入する（Ｓ１００）。次に、このＹが０以下となったか否かを調べ（Ｓ１０１）、Ｙが０以下の値となっていれば、パケット内にビットエラーを発生させると判定し（Ｓ１０２）、また、図２５の処理Ｓ９２以下の処理を実行する（Ａ）。
【０１２３】
また、処理Ｓ１０１において、Ｙが０より大きい値であれば、パケット内にビットエラーを発生させないと判定する（Ｓ１０３）。このときには、判定のタイミングにおいてタイマが計時するシミュレーション時刻ｔでの、無線伝送路のビットエラー率εｂが現在の無線伝送路のビットエラー率εｂｃと異なっているか（εｂの値が変化する時刻を経過したか）否かを調べ（Ｓ１０４）、異なっていれば、図２５の処理Ｓ９２以下の処理を実行する（Ａ）。また異なっていなければ、そのまま処理を続ける。
【０１２４】
また、ここで述べた例では、無線伝送路のビットエラーの影響を模擬するために、ビットエラー率に基づいたビットエラー挿入あるいはパケット廃棄を行うこととしたが、ビットエラーの影響を模擬する別の方法として、指定された特定のパケットのみにビットエラー挿入あるいはパケット廃棄を行うこととしてもよい。ここで特定のパケットとは、例えば、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のＳＹＮパケット、ＡＣＫパケット、ＦＩＮパケットなどが挙げられる。これらはＴＣＰヘッダの制御ビットを参照することで判断できる。
【０１２５】
ただし特定のパケットとは、上記以外でも、パケットのビット配列から判断可能なものであれば、どのようなパケットであってもよい。
【０１２６】
このように特定のパケットのみにビットエラー挿入あるいはパケット廃棄を行うと、その特定のパケットが消失した場合に通信システムがどのような動作を行うかを検証することが可能となる。
【０１２７】
また、これら地上局切替模擬部６２及び無線伝送路模擬部６４は、さらに、注目移動体以外の、他の移動体の影響を反映させる動作を行ってもよい。この動作は、図２７に示すような処理として行われる。すなわち、まず他の移動局５の発生局数、発生および消滅タイミング、各他移動局５から発生するトラフィック量を設定する（Ｓ１１０）。例えば、時刻ａに他の移動体が、注目移動体が在圏する地上局２のカバーエリア内に発生し、各局から連続的にηバイトのパケットが発生し、時刻ｂには当該カバーエリアから消滅する、というように設定すればよい。
【０１２８】
なお、注目移動体が属するカバーエリア内に進入または当該カバーエリアから離脱する他の移動体の数と、その進入、離脱の時刻とは、既に説明したように、運行情報を用いて生成することができる。また、他の移動体から発生するトラフィック量の算出のためには、移動体のトラフィック量を表わす曲線を規定する情報又はトラフィック量を表わすテーブル情報を用いればよい。
【０１２９】
この場合、例えば地上局切替模擬部６２は、タイマが計時するシミュレーション時刻を参照し、それが他の移動体の発生または離脱時刻となったか否かを調べる（Ｓ１１１）。ここで、他の移動体の発生時刻でも離脱時刻でもなければ、処理を終了する。
【０１３０】
また、地上局切替模擬部６２は、処理Ｓ１１１において、他の移動体の発生時刻となったと判断すると、他の移動体の数を表わす変数（例えばｋ）を、発生する移動体の数だけインクリメントし（Ｓ１１２）、他の移動体の擬似トラフィック（例えば、上述の設定では各局から連続的にηバイトとするなど）を発生している状態と設定する（Ｓ１１３）。この設定による演算の内容については後に述べる。
【０１３１】
また、地上局切替模擬部６２は、処理Ｓ１１１において、他の移動体の消滅時刻となったと判断すると、他の移動体の数を表わす変数（例えばｋ）を、消滅する移動体の数だけデクリメントし（Ｓ１１４）、他の移動体の擬似トラフィックが、消滅する移動体の数だけ消滅した状態とする（Ｓ１１５）。
【０１３２】
ここで、他の移動体の擬似トラフィックを考慮した処理の第１の例として、図９に示したポーリング方式の場合を説明する。この場合、他移動体の擬似トラフィックの影響は注目移動体の送信待ち時間に反映する。
【０１３３】
すなわち、時刻ａから他移動体の数がｋ局となる場合、すなわち注目移動体も含めた、カバーエリア内の全移動体の数が（ｋ＋１）局の場合、γ＝ＣＥＩＬＩＮＧ［η／α］として、送信待ち時間は、時刻ａより｛２（ｋ＋１）(γ−１)＋１｝・τ以上、｛２（ｋ＋１）γ＋１｝・τ以下となり、その平均値は、｛（２γ−１）（ｋ＋１）＋１｝・τとなる。
【０１３４】
さらに、時刻ｂから他移動局数がｋｄ局消滅する場合、すなわち注目移動体も含めた全移動局数が（ｋ＋１−ｋｄ）局となる場合、送信待ち時間は時刻ｂより｛２（ｋ＋１−ｋｄ）(γ−１)＋１｝・τ以上、｛２（ｋ＋１−ｋｄ）γ＋１｝・τ以下となり、その平均値は、｛（２γ−１）（ｋ＋１−ｋｄ）＋１｝・τとなる。
【０１３５】
また、他移動局の擬似トラフィックを考慮した処理の第２の例として、無線アクセスプロトコルにＩＥＥＥ８０２．１１標準方式を使用する場合について説明する。この例においても、他移動局の擬似トラフィックの影響は注目移動局からのデータの送信待ち時間に反映される。
【０１３６】
この場合の送信待ち時間は、既に述べたＴｔｃ、すなわち、
Ｔｔｃ（ｎ）＝Ｔｔｃ（ｎ−１）＋ＤＩＳＦ＋Ｔｂｋ（ｎ）＋Ｔｄｆ（ｎ）＋Ｔｆｔ
とすることができる。
【０１３７】
また、この実施の形態では、ログ情報蓄積部６５をさらに設けてもよい。ログ情報蓄積部６５を設ける場合、地上局無線アクセスプロトコル模擬部６１や移動体無線アクセスプロトコル模擬部６３は、送受信したパケット数や、バイト数などデータ量の累積値を演算して、ログ情報蓄積部６５に出力する。
【０１３８】
また無線伝送路模擬部６４は、ビットエラー率の設定値や、廃棄されたパケット数など廃棄されたデータ量の累積値をログ情報蓄積部６５に出力する。さらに地上局切替模擬部６２は、通信先の地上局２を切り替えたときに、当該切替をした時点でタイマが計時しているシミュレーション時刻を出力する。
【０１３９】
さらに、無線アクセス競合を模擬する場合は、発生、ないし消滅した他移動局数および発生するトラフィックの量などの情報を出力してもよい。
【０１４０】
ログ情報蓄積部６５は、これらの情報の入力を受けて、送受信したパケット数や、バイト数などデータ量の累積値、ビットエラー率の設定値、廃棄されたパケット数など廃棄されたデータ量の累積値、その他の情報をハードディスク等の記憶装置に保持する。
【０１４１】
さらにここまでの説明では、注目移動体は、１つの移動体だけであり、通信システム評価装置１０に接続する移動局通信設備５０は、１局のみとして説明したが、複数の移動体通信設備５０を接続して、複数の通信端末から評価可能とすることもできる。
【０１４２】
この場合、地上局切替模擬部６２は、接続される複数の移動体通信設備５０の各々をアドレス（ＭＡＣアドレスあるいはＩＰアドレスなど）によって識別する。これらのアドレスは予め入力されていてもよいし、通過するパケットより学習することとしても構わないが、各移動体通信設備５０を接続したコネクタ等の物理的配線と、これらのアドレスを対応付ける。また、地上局切替の動作に関しては、この地上局切替模擬部６２は、移動体通信設備５０ごとに設けた移動体無線アクセスプロトコル模擬部６３ごとに、個別に設定および処理を行う。
【０１４３】
また、無線アクセスの競合を模擬する処理についても、各移動体無線アクセスプロトコル模擬部６３に対して個別に行うが、接続された複数の移動体通信設備５０が搭載された移動体の少なくとも一部複数が、同一の地上局２のカバーエリア内に存在する場合は、移動体通信設備５０の各々について、それとは異なる他の移動体のパラメータ（他移動局の発生局数、発生および消滅タイミング、各他移動局から発生するトラフィック量）を反映させることにより、接続された複数の移動体通信設備５０どうしの無線アクセス競合を、さらに実際に即した状態で模擬することができる。
【０１４４】
また、この例では、移動体通信設備５０間でのパケット送受信も模擬できる。この模擬を行う場合は、地上局切替模擬部６２は、移動体通信設備５０からのパケットの宛先アドレスが、他の移動体通信設備５０の宛先アドレスになっていれば、地上局２ではなく、当該他の移動体通信設備５０へ、パケットを送出する。
【０１４５】
なお、本実施の形態の通信システム評価装置１０は、上述のように演算装置などを用いて実現できるが、これに限られず、例えば各機能毎にＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などを用いてＬＳＩ化したり、ネットワークプロセッサなどで各機能を並列に動作させることとしてもよい。
【０１４６】
さらに、設定項目やログ情報を印刷するための外部出力装置や、他のコンピュータ装置へ設定データを移動させるためのＵＳＢメモリや、記憶部７４に蓄積できない大容量のログ情報などを蓄積しておく外部記憶装置を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が対象とする通信システムの例を表す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置の構成例を表すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置の処理例を表すフローチャート図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が対象とする移動体の運行情報が表す、運行状態の例を表す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が用いる無線通信環境指標の例を表す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が出力する、無線通信環境指標の時間変化の例を表す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が用いるハンドオーバの発生期間の情報例を表す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が用いる他の移動体の数の変化例を表す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が対象とする通信システムにおけるポーリング方式のプロトコルの例を表す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が出力する通信スループットの時間変化の例を表す説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置に対して入力するテーブル情報の例を表す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置での処理例を表すフローチャート図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が用いる無線通信環境指標の例を表す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム評価装置が出力する無線通信環境指標の時間変化を表す説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の一例を表す構成ブロック図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の一例を表す機能ブロック図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の地上局切替模擬部の一部の動作例を表すフローチャート図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の地上局切替模擬部のまた別の部分の動作例を表すフローチャート図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の地上局切替模擬部のさらに別の部分の動作例を表すフローチャート図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の地上局切替模擬部のさらに別の部分の動作例を表すフローチャート図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の地上局切替模擬部のハンドオーバを模擬する処理の例を表すフローチャート図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置のもう一つの例を表す機能ブロック図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の無線伝送路模擬部の一部の処理例を表すフローチャート図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の無線伝送路模擬部のまた別の一部の処理例を表すフローチャート図である。
【図２５】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置における初期処理例を表すフローチャート図である。
【図２６】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置の無線伝送路模擬部でのビットエラーの発生有無を模擬する処理例を表すフローチャート図である。
【図２７】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム評価装置における、他の移動体の影響を配慮した処理の例を表すフローチャート図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１，１０  通信システム評価装置、２  地上局、３  地上側データ伝送網、４  中央局、５  移動体、１１，７２  入力部、１２，７３  出力部、１３，７４  記憶部、１４，７１  演算部、２０  地上局通信設備、２１  地上局無線機、２２  地上局アンテナ、５０  移動体通信設備、５１  移動体無線機、５２  移動体アンテナ、６１  地上局無線アクセスプロトコル模擬部、６２  地上局切替模擬部、６３  移動局無線アクセスプロトコル模擬部、６４  無線伝送路模擬部、７５  インタフェース部。
【図１】
2008104023.tif 000013
【図２】
2008104023.tif 000014
【図３】
2008104023.tif 000015
【図４】
2008104023.tif 000016
【図５】
2008104023.tif 000017
【図６】
2008104023.tif 000018
【図７】
2008104023.tif 000019
【図８】
2008104023.tif 000020
【図９】
2008104023.tif 000021
【図１０】
2008104023.tif 000022
【図１１】
2008104023.tif 000023
【図１２】
2008104023.tif 000024
【図１３】
2008104023.tif 000025
【図１４】
2008104023.tif 000026
【図１５】
2008104023.tif 000027
【図１６】
2008104023.tif 000028
【図１７】
2008104023.tif 000029
【図１８】
2008104023.tif 000030
【図１９】
2008104023.tif 000031
【図２０】
2008104023.tif 000032
【図２１】
2008104023.tif 000033
【図２２】
2008104023.tif 000034
【図２３】
2008104023.tif 000035
【図２４】
2008104023.tif 000036
【図２５】
2008104023.tif 000037
【図２６】
2008104023.tif 000038
【図２７】
2008104023.tif 000039