(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末からの接続要求に応じてアクセス処理を開始する基地局装置であって、
当該基地局装置のエリア内において集合単位で分割された複数の無線端末の中から、第１の集合に属する全ての無線端末を、接続要求を許可すべき１以上の無線端末として選択する選択部と、
前記選択部によって選択されたそれぞれの無線端末を特定するための特定情報を生成する生成部と、
前記生成部によって生成された特定情報を前記選択部によって選択された無線端末に送信する送信部と、
を備え、
前記選択部は、前記第１の集合に属する全ての無線端末の接続処理が完了すると、前記第１の集合とは異なる第２の集合に属する全ての無線端末を、前記接続要求を許可すべき前記１以上の無線端末として選択する基地局装置。
【請求項２】
前記生成部は、前記選択部によって選択された無線端末の端末識別番号をもとに、特定情報を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
前記選択部は、所定時間内に受信した接続要求に関する信号の受信電力が所定値よりも大きくなったことを契機として、接続要求を許可すべき無線端末を選択する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の基地局装置。
【請求項４】
無線端末からの接続要求に応じてアクセス処理を開始する基地局装置に用いられる通信方法であって、
当該基地局装置のエリア内において集合単位で分割された複数の無線端末の中から、第１の集合に属する全ての無線端末を、接続要求を許可すべき１以上の無線端末として選択する第１の選択ステップと、
前記第１の選択ステップによって選択されたそれぞれの無線端末を特定するための特定情報を生成する生成ステップと、
前記生成ステップによって生成された特定情報を前記第１の選択ステップによって選択された無線端末に送信する送信ステップと、
前記第１の集合に属する全ての無線端末の接続処理が完了すると、前記第１の集合とは異なる第２の集合に属する全ての無線端末を、前記接続要求を許可すべき前記１以上の無線端末として選択する第２の選択ステップと、を有する通信方法。
【請求項５】
複数の無線端末と、前記複数の無線端末からの接続要求に応じてアクセス処理を開始する基地局装置とを備える通信システムであって、
前記基地局装置は、
当該基地局装置のエリア内において集合単位で分割された複数の無線端末の中から、第１の集合に属する全ての無線端末を、接続要求を許可すべき１以上の端末装置として選択する選択部と、
前記選択部によって選択されたそれぞれの無線端末を特定するための特定情報を生成する生成部と、
前記生成部によって生成された特定情報を前記選択部によって選択された無線端末に送信する送信部と、
を備え、
前記無線端末は、
前記基地局装置から送られてくる、前記特定情報を受信する受信部と、
前記受信部で受信した特定情報にしたがって、接続要求信号を前記基地局装置へ送信する送信部と、
を備え、
前記選択部は、前記第１の集合に属する全ての無線端末の接続処理が完了すると、前記第１の集合とは異なる第２の集合に属する全ての無線端末を、前記接続要求を許可すべき前記１以上の無線端末として選択する通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラシステムにおける基地局は、端末からの接続要求信号を受信し、応答することによって端末との間の接続を確立する。一般にセルラシステムにおける接続要求は、上りリンクのランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｈａｎｎｅｌ）に対して端末が接続要求信号を送信し、基地局がそれを受信することによって成立する。
【０００３】
しかしながら、接続要求を受け付けるスロット数は有限であるため、複数の端末が、同時刻に同一スロットに対して接続要求信号を送信したときに、基地局において接続要求信号が混信し破棄される場合がある。そこで、セルラシステムにおいては、端末が接続要求信号を破棄されたときに、再度接続要求を行う前にランダム時間だけ待機（バックオフ）させることによって次回の接続要求を分散させる。ランダム待ち時間をバックオフ時間と呼び、このバックオフ時間の最大値として、最大バックオフ時間が定義されている。
【０００４】
将来の無線通信においては、Ｍａｃｈｉｎｅ  ｔｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ（Ｍ２Ｍ）の普及が見込まれており、社会インフラのモニタリングなどに用いられるセンサネットワークのように、非常に多数の端末による接続要求がごく短時間に集中的に行われることが予想される。このようなときに、多数の端末の接続処理をより短時間で完了させる手法が必要となる。
【０００５】
特許文献１では、基地局は優先度の高い端末によるアクセスに備えて、優先度の低い端末による接続要求を拒絶する。また、特許文献２では、端末の優先度に応じてバックオフ時間を変えている。すなわち優先度が高い端末のバックオフ時間を小さくすることによって、優先度の高い端末が接続要求を行える機会を増加させている。
【０００６】
一方、非特許文献１はＷｅｂサーバにアクセスが集中したときに、アクセスの優先度に応じて優先制御を行うと共に、優先度が低いアクセスに対して整理券を配布することによって、より短時間で処理を完了させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２５８６６６号公報
【特許文献２】特表２０１３−５２０１０３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＮＴＴ−ＡＴ、”Webアクセスシェイパ3.0”、［online］、［平成２６年８月２５日検索］、インターネット＜URL： http://www.ntt-at.co.jp/product/web-as/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
同時に接続要求を行う端末数が増加したときには、バックオフ時間を適切に設定することによって接続処理を短時間で完了させることができる。しかしながら、同時に接続要求を行う端末数が非常に多い場合には平均バックオフ時間が長くなる。これは、大半の端末が接続を完了した状態で、未接続の端末が必要以上に長く待機してしまうためである。
【００１０】
特許文献１、特許文献２および非特許文献１は、ある基地局に対して非常に多くの端末が同時に接続要求を行ったときに、優先度の高い端末が先に接続されるように優先制御を行うものである。しかしながら、優先度が等しい多数の端末が接続要求を行う場合には、効率よく接続処理を行うことができないという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多数の端末のセルへの収容や、接続処理を効率よく行うことができる基地局装置、通信方法、および通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある態様は、基地局装置に関する。この基地局装置は、無線端末からの接続要求に応じてアクセス処理を開始する基地局装置であって、当該基地局装置のエリア内において集合単位で分割された複数の無線端末の中から、第１の集合に属する全ての無線端末を、接続要求を許可すべき１以上の無線端末として選択する選択部と、前記選択部によって選択されたそれぞれの無線端末を特定するための特定情報を生成する生成部と、前記生成部によって生成された特定情報を前記選択部によって選択された無線端末に送信する送信部とを備える。また、この基地局装置の他の態様は、無線端末からの接続要求に応じてアクセス処理を開始する基地局装置であって、接続要求を許可すべき１以上の無線端末を選択する選択部と、前記選択部によって選択されたそれぞれの無線端末が位置する方向に向けて、接続要求を許可する旨の信号をビームフォーミングするビーム制御部とを備え、前記選択部は、前記第１の集合に属する全ての無線端末の接続処理が完了すると、前記第１の集合とは異なる第２の集合に属する全ての無線端末を、前記接続要求を許可すべき前記１以上の無線端末として選択する。
【００１３】
このような態様によると、同時に接続要求可能な端末を制限することによって、端末の接続要求信号の衝突頻度が低減するため、接続処理を短時間に完了することができる。したがって、多数の端末の接続処理を効率よく行うことが可能になる。
【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、多数の端末のセルへの収容や、接続処理を効率よく行うことができる基地局装置、通信方法、および通信システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用される無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】実施例１にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。
【図３】図２の基地局装置の構成例を示す図である。
【図４】図２の端末装置の構成例を示す図である。
【図５】実施例１にかかる基地局装置の動作例を示すフローチャートである。
【図６】実施例１にかかる端末装置の動作例を示すフローチャートである。
【図７】実施例１にかかる接続処理率を示す図である。
【図８】実施例１にかかる平均接続完了時間を示す図である。
【図９Ａ】実施例１にかかる接続要求信号の送信回数の累積分布関数を示す図である。
【図９Ｂ】実施例１にかかる接続要求信号の送信回数の累積分布関数を示す図である。
【図１０Ａ】実施例１にかかる接続要求信号の平均送信回数を示す図である。
【図１０Ｂ】実施例１にかかる接続要求信号の平均送信回数を示す図である。
【図１１Ａ】実施例１にかかる接続完了時間を示す図である。
【図１１Ｂ】実施例１にかかる接続完了時間を示す図である。
【図１２】実施例２にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。
【図１３】図１２の基地局装置の構成例を示す図である。
【図１４】実施例２にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。
【図１５】従来技術にかかる接続処理率の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（本発明の概要）
本発明の実施例を説明する前に、まず、本発明の概要を述べる。本発明は、セルラシステムにおける端末装置からの接続要求を分散させるためのアクセス処理技術に関する。本発明にかかるアクセス処理では、同時に接続要求を行う端末数を基地局装置側で適切に制御する手法を提案する。第１の手法は、基地局装置において接続要求を許可すべき１以上の無線端末を選択し、選択したそれぞれの無線端末を特定するための特定情報を生成して、無線端末に送信する。第２の手法は、基地局装置において接続要求を許可すべき１以上の無線端末を選択し、選択したそれぞれの無線端末が位置する方向に向けて、接続要求を許可する旨の信号をビームフォーミングする。これらの手法を適用することにより、同時に接続要求を行う端末数を、基地局装置において最も迅速に処理可能な台数に限定することができる。
【００２０】
図１に、本発明が適用される無線通信システムの構成例を示す。無線通信システム１００は、複数の端末装置１０と、基地局装置３０とを含む。複数の端末装置１０は、基地局装置３０との間で所定のセルラ方式により無線通信可能な無線端末である。端末装置１０が基地局装置３０と接続を確立する場合などに、ランダムアクセスが行われる。基地局装置３０は、端末装置１０からの接続要求に応じてアクセス処理を開始する。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、非常に多数の端末装置１０が１つの基地局装置３０に同時に接続要求を行うことを想定する。本実施形態にかかる基地局装置３０は、多数の端末装置１０からの接続要求が短時間に集中したときに、複数の端末装置１０を複数の集合に分割して、各集合ごとに、端末装置１０の接続要求を受け付けるようにする。つまり、同時に接続要求を行う端末数を、基地局装置において最も迅速に処理可能な台数に限定することによって、単位時間あたりに接続完了できる端末数を増大し、接続処理をより短時間で完了させるようにする。
【００２２】
一般に、端末装置は、接続要求信号が衝突し破棄されると、再度接続要求を行う前にランダム時間だけ待機させることによって次回の接続要求を分散させる。同時に接続要求を行う端末数が増加したときには、バックオフ時間を適切に設定することによって接続処理を短時間で完了させることができる。しかしながら、同時に接続要求を行う端末数が非常に多い場合には平均バックオフ時間が長くなる。平均バックオフ時間が長ければ、全端末の接続処理の完了までの時間も長くなる。
【００２３】
一例として、従来技術である、バックオフ時間を最適に制御する手法を用いたときの、同時に接続する端末数（台）に対する接続処理率（台／ｍｓ）を図１５に示す。端末の台数が少ないときには接続処理率も小さいが、端末数が増加するにしたがって増大し、端末数が６００台、バックオフ時間０のときに、接続処理率は最大（８．３台／ｍｓ）となる。しかし、端末数がさらに増加すると、接続処理率は低下する。バックオフ時間を最適に制御したとしても、端末数が１万台の場合、接続処理率は７．４台／ｍｓ程度にとどまる。
【００２４】
本発明は、以上の課題を解決しており、基地局装置が、接続要求を許可する端末装置を分散させることで、接続要求信号の衝突の発生を低減でき、効率よく接続処理を行うことが可能になる。
【００２５】
以下に、本発明にかかる無線通信システムの実施形態について、各実施例にしたがって詳しく説明する。なお、各実施例において、既出の構成、動作については、同じ符号を用いることによってその説明を簡略化する。以下、本明細書において同様である。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１について、図２乃至図６を用いて説明する。実施例１においては、同時に接続要求を行う端末数を、基地局装置において最も迅速に処理可能な台数に限定するために、最初に、基地局装置のエリア内にある全端末を複数個の集合に分割する。基地局装置は報知チャネル（ＢＣＨ）を使用して、最初の集合に属する端末が接続要求可能である旨を通知する。端末装置は、ＢＣＨを受信して自身が接続要求可能であるかどうかを判断し、可能ならばＲＡＣＨを用いて接続要求を行う。基地局装置は、接続要求可能な集合に属する全端末の接続処理が完了すると、次の集合に属する端末装置に対し接続要求可能である旨を通知する。基地局装置は、エリア内における全端末の接続処理が完了するまで繰り返す。
【００２７】
具体的には、端末装置が一意に識別可能な固有の番号、例えばＩＭＳＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）を持っているようなセルラシステムにおいて、ＩＭＳＩが特定の条件を満たす端末装置にのみ基地局装置が接続要求を許可する手法を提案する。
【００２８】
（無線通信システムの構成例）
図２は、実施例１にかかる第１無線通信システム１１０の構成例を示す図である。基地局装置３０１は各端末を識別するための識別子、例えばＩＭＳＩの下１桁の値によって接続要求可能な端末を限定する。最初に、ＩＭＳＩの下一桁が０である端末（図２中の斜線パターンで示す端末装置１０１）の接続要求のみ受け付ける。基地局装置３０１はＩＭＳＩの下一桁が０である全ての端末装置１０１が接続要求を完了した後、次はＩＭＳＩの下一桁が１である端末の接続要求を受け付ける。このように下一桁が（１０進表記で）９あるいは（１６進表記で）０ｘｆである端末の接続要求まで完了したら、基地局装置はこの処理を終了してもよい。
【００２９】
（基地局装置の構成例）
図３は、図２の基地局装置３０１の構成例を示す図である。基地局装置３０１は、通信部３２と、制御部３４と、記憶部３６とを含む。
【００３０】
通信部３２は、記憶部３６に記憶された情報を制御部３４が使用しながら、自局の通信エリアに属する複数の端末装置１０１のそれぞれと、所定のセルラ方式を用いてセルラ無線通信を実行する。
【００３１】
制御部３４は、端末選択部３４２と、特定情報生成部３４４と、特定情報送信部３４６とを含む。端末選択部３４２は、同時に接続要求を受け付ける端末数を制御するために、接続要求を許可すべき端末装置１０１を選択する。端末選択部３４２は、例えば、所定時間内に受信した接続要求に関する信号の受信電力が所定値よりも大きくなったことを契機として、この選択を行うことができる。例えば、所定値は、単位時間あたりに接続できる端末処理数（台／ｍｓ）が最大になる最適点に基づいて設定するとよい。図１５によれば、端末数が６００台の場合に最適点となるため、６００台ずつの集合を形成するように選択するのが好ましいといえる。
【００３２】
特定情報生成部３４４は、端末選択部３４２によって選択されたそれぞれの端末装置１０１を特定するための特定情報を生成する。端末装置１０１が一意に識別可能な固有の番号、例えばＩＭＳＩを持っているようなセルラシステムにおいて、ＩＭＳＩが満たすべき特定の条件を含む特定情報を生成する。特定の条件とは、ＩＭＳＩは通常１５桁の番号が使われているため、ＩＭＳＩの下一桁の値などを用いることができる。特定情報は、ＩＭＳＩの他にも、例えば、ＴＭＳＩ、Ｃ−ＲＮＴＩや様々な種類のＲＮＴＩ（Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ  ＩＤ）、電話番号情報、ＩＰ  ａｄｄｒｅｓｓ、ＩＭＥＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）、あるいはＭＡＣ  Ａｄｄｒｅｓｓなどを用いて生成してもよい。これらの特定情報は、基地局３０１みずからが収集してもよいし、端末装置１０１から収集してもよいし、端末装置１０１の位置登録情報を管理する外部のネットワーク装置から収集してもよい。収集された特定情報は記憶部３６に記憶される。
【００３３】
特定情報送信部３４６は、特定情報生成部３４４で生成された特定情報を端末選択部３４２によって選択された端末装置１０１に通信部３２を介して送信する。これにより、基地局装置３０１は、特定情報に含まれる特定の条件を満たす端末装置１０１にのみ接続要求の送信を許可することができる。
【００３４】
例えば、基地局装置３０１は、最初は、ＩＭＳＩの下一桁が０である端末装置１０１の接続要求のみを受け付け、ＩＭＳＩの下一桁が０である全ての端末装置１０１が接続要求を完了した後、次はＩＭＳＩの下一桁が１である端末装置１０１の接続要求を受け付ける。このように下一桁が９である端末装置１０１の接続要求まで完了したら、接続処理を終了する。
【００３５】
（端末装置の構成例）
図４は、図２の端末装置１０１の構成例を示す図である。端末装置１０１は、通信部１２と、制御部１４と、記憶部１６と、ユーザインタフェース（ユーザＩＦ）１８とを備える。
【００３６】
通信部１２は、所定のセルラ方式を用いて、基地局装置３０１との間で無線により通信を行う。この通信処理は、公知の変復調技術、アンテナ技術が用いられてもよい。また、基地局装置３０１からの報知チャネル（ＢＣＨ）を受信することができる。通信部１２は、制御部１４による制御にしたがって、基地局装置３０１に対してＲＡＣＨにより接続要求信号を送信することができる。
【００３７】
記憶部１６は、基地局装置３０１から送信されたデータを記憶し、また、基地局装置３０１に対して送信すべき、ユーザＩＦ１８を通じて得たデータを記憶してもよい。また、記憶部１６には、当該端末を一意に識別可能な端末識別情報（ＩＭＳＩ、電話番号など）が記憶されている。ユーザＩＦ１８は、画面インタフェースと、操作ボタンやタッチパネルなどのユーザからの入力を受け付ける入力インタフェースと、カメラなどの画像撮像手段を含んでもよい。
【００３８】
制御部１４は、例えば、ＣＰＵにより構成され、通信部１２から受信された情報、または記憶部１６に記憶された情報を用いて、各部を統括的に制御する。
【００３９】
制御部１４は、基地局装置３０１と接続を確立するときに、基地局装置３０１に対して上りリンクのＲＡＣＨを用いて接続要求信号を、通信部１２を介して送信する。基地局装置３０１からＢＣＨにて特定情報が報知された場合は、制御部１４は、この特定情報に含まれる特定の条件を満たす場合にのみ、ＲＡＣＨに接続要求信号を送信するように通信部１２を制御する。
【００４０】
（無線通信システムの動作例）
次に、このように構成された実施例１の無線通信システムの動作について説明する。
図５は、実施例１にかかる基地局装置の動作例を示すフローチャートである。図５において、基地局装置３０１は、初期状態では全ての端末装置１０１からの接続要求信号を受け付けるように、ＲＡＣＨを受信する（Ｓ１ａ）。基地局装置３０１は、全ての接続要求信号を受け付けることができたかどうかを判定し（Ｓ１ｂ）、できなかった場合は同時に受信する接続要求信号の合計電力が閾値以上であるかを判定する（Ｓ１ｃ）。閾値は、単位時間あたりに接続できる端末処理数（台／ｍｓ）が最大になるように設定することができる。合計電力が閾値以上である場合に、本発明による端末の接続要求の限定を開始する。
【００４１】
まず、基地局装置３０１は、ｉ＝０に初期化し（Ｓ１ｄ）、識別子（例えばＩＭＳＩの下一桁）がｉの端末装置のみ接続要求の送信を許可する旨を含む特定情報を生成し、ＢＣＨを用いて報知する（Ｓ１ｅ）。そして、特定情報の送信後、識別子がｉの全ての端末装置１０１からの接続要求信号を受け付けるまで（Ｓ１ｇ）、ＲＡＣＨを受信する（Ｓ１ｆ）。識別子がｉの全ての端末装置１０１からの接続要求を受け付けると、ｉが最大値（ｉ＝９）に達するまで（Ｓ１ｈ）、ｉを１インクリメントし（Ｓ１ｉ）、Ｓ１ｅからＳ１ｉまでの処理を繰り返し行う。
【００４２】
このように、基地局装置３０１は、特定条件（例えば、ＩＭＳＩの下一桁が０）の全ての対象端末が接続要求を完了したことを判断した後、次の特定条件（例えば、ＩＭＳＩの下一桁が１）を送信して対象端末の切換えを行う。そして、ＩＭＳＩの下一桁が９になるまで全ての端末の接続要求が完了すると、本発明による端末の接続要求の限定を終了する。
【００４３】
図６は、実施例１にかかる端末装置の動作例を示すフローチャートである。図６において、端末装置１０１は、送信すべきデータがある場合に（Ｓ２ａ）、ＢＣＨにて送られてくる特定情報を参照して、自身が接続要求を送信可能な端末かどうかを判定する（Ｓ２ｂ）。この例では、特定の条件として当該端末装置の識別子がｉであるか（例えば、当該端末装置のＩＭＳＩの下一桁がｉであるか）を確認する。端末装置１０１は、Ｓ２ｂの判定において、接続要求を送信可能であると判定した場合にのみ、対象端末のときにのみＲＡＣＨに接続要求信号を基地局装置３０１に送信する（Ｓ２ｃ）。
【００４４】
端末装置１０１は、ＳＣＨを参照して、接続を確立するまで（Ｓ２ｄ）、ＲＡＣＨの送信を行う。接続が確立すると、端末装置１０１は、データ送信を開始し（Ｓ２ｅ）、全てのデータを送信するまでデータを送信する（Ｓ２ｆ）。全てのデータを送信すると、基地局装置３０１との接続を切断する（Ｓ２ｇ）。
【００４５】
以上述べたように、実施例１によれば、基地局装置から端末識別番号に応じて、接続要求信号を送信可能なタイミングを指定することで、同時に接続する端末数を削減する。これにより、端末の接続要求信号の衝突頻度が低減するため、接続処理を短時間に完了することができる。つまり、同時に接続要求可能な端末を制限することによって、単位時間当たりの接続端末数を増加させることが可能になる。また、端末装置においては、接続要求信号の送信回数が減少するため、消費電力削減の効果も得られる。
【００４６】
（変形例）
さらに、実施例１の変形例として、基地局装置３０１の端末選択部３４２は、過去に受け付けた接続要求に関する履歴データに基づいて、接続要求を許可すべき端末装置１０１を選択することもできる。たとえば、履歴データから、所定期間内の再接続要求回数が少なかった端末や、直近の接続成功から所定時間内しか経過していない端末を伝搬環境が良好であると推定して、その端末を優先的に許可することによって、再接続確率を下げ、もってシステム全体の接続率を向上させるようにしてもよい。あるいは、直近に接続された端末以外の端末を優先的に許可することによって、接続環境の公平性を担保してもよい。あるいは、特定のサービスに加入している、特定の端末能力（ＵＥ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を有している、所定時間内のハンドオーバ回数が少ないといったことを条件としてもよい。このようにすることで、基地局装置３０１は、接続要求信号が送られてきて欲しい端末装置に対し、優先して接続要求を許可することが可能になる。
【００４７】
（効果の説明）
ここで、実施例１による効果を従来技術と比較して説明する。図７、図８、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、実施例１のアクセス制御を行う手法を提案方式と示し、従来のバックオフ時間の最適化のみを行う手法を既存方式として示す。
【００４８】
図７は、同時に接続する端末数に対する接続処理率について、提案方式と既存方式とを比較したグラフである。図７において、横軸に端末数（台）、縦軸に接続処理率（台／ｍｓ）を示す。既存方式では、端末数が１万台の場合、接続処理率は７．４台／ｍｓ程度にとどまる。これに対し、提案方式では、同時に接続要求可能な端末数を、単位時間あたりに接続できる端末処理数（台／ｍｓ）が最大になる最適点に基づいて、制限することにより、端末数が１万台のときの接続処理率を８．２台／ｍｓに保つことが可能となる。
【００４９】
図８は、同時に接続する端末数に対する平均接続完了時間について、提案方式と既存方式とを比較したグラフである。図８において、横軸に端末数（台）、縦軸に平均接続完了時間（ｓ）を示す。実施例１の手法を採用することにより、平均接続完了時間を既存方式と比較して１０％程度短縮することが可能となる。例えば、同時に接続する端末数が３万台の場合に、提案方式では既存方式より０．５秒程度の短縮が可能になる。
【００５０】
次に、提案方式と既存方式とにおける前提条件を最適化して比較する。前提条件１は、端末数が１０００台のときに、提案方式は１０００台の端末を２つの集合に分割し、既存方式はバックオフ時間を１０ｍｓに設定する。前提条件２は、端末数が３０００台のときに、提案方式は３０００台の端末を５つの集合に分割し、既存方式はバックオフ時間を６０ｍｓに設定する。
【００５１】
図９Ａおよび図９Ｂは、接続要求信号の送信回数の累積分布関数について、提案方式と既存方式とを比較したグラフである。図９Ａは前提条件１の場合を示し、図９Ｂは前提条件２の場合を示す。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、横軸に接続要求の送信回数（回）、累積確率密度を示す。全体的に、既存方式と比較して、提案方式の方が送信回数が少ないことがわかる。また、累積確率９０％値における接続要求の送信回数は、図９Ａの端末数１０００台の場合は、提案方式では４．５回、既存方式では６．５回、図９Ｂの端末数３０００台の場合は、提案方式では５．０回、既存方式では７．０回となり、およそ２．０回の差となる。
【００５２】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、端末数に対する接続要求信号の平均送信回数について、提案方式と既存方式とを比較したグラフである。図１０Ａは前提条件１の場合を示し、図１０Ｂは前提条件２の場合を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、横軸に、端末数（台）を示し、縦軸に接続要求の平均送信回数（回）を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂによれば、提案方式では端末数が多いときに平均送信回数を既存方式の２／３〜１／２に低減できている。端末数が少ないときも提案方式は既存方式よりも平均送信回数が少ないことがわかる。図１０Ａによれば、端末数が１０００台の場合の平均送信回数は、提案方式は２．８回、既存方式は４．２回となる。図１０Ｂによれば、端末数が３０００台の場合の平均送信回数は、提案方式は３．４回、既存方式は４．８回となる。平均送信回数は、いずれの場合も、提案方式の方が既存方式より１．４回少なくなっている。
【００５３】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、端末数に対する全端末の接続完了時間について、提案方式と既存方式とを比較したグラフである。図１１Ａは前提条件１の場合を示し、図１１Ｂは前提条件２の場合を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、横軸に、端末数（台）を示し、縦軸に全端末の接続完了時間（ｍｓ）を示す。ここでは、端末数が前提条件の最大２倍まで変動することを想定する。提案方式では、端末数が予測の２倍（図１１Ａでは端末数２０００台、図１１Ｂでは端末数６０００台）になったときに、提案方式は既存方式の３／４の時間で全端末の接続を完了することができている。
【実施例２】
【００５４】
本発明の実施例２について、図１２乃至図１４を用いて説明する。実施例２では、セルラシステムにおいて、基地局装置が任意にビームの方向を変更できるアンテナを持っているときに、基地局装置がビームを向けた方向に位置する端末装置にのみ接続要求を許可する手法を提案する。同時に接続要求を行う端末数を、基地局装置において最も迅速に処理可能な台数に限定するために、最初に、基地局装置の通信可能範囲を複数個の通信エリアに分割する。そして、基地局装置はビームフォーミングにより接続許可にかかるシグナリング信号の指向性を制御し、最初の通信エリアに位置する端末装置からの接続要求のみを受け付ける。基地局装置は、接続要求可能な通信エリアに位置する全端末の接続処理が完了すると、次の通信エリアに位置する端末装置に対し接続要求可能である旨を通知する。基地局装置の通信可能範囲内における全端末の接続処理が完了するまで繰り返す。
【００５５】
（無線通信システムの構成例）
図１２は、実施例２にかかる第２無線通信システム１２０の構成例を示す図である。基地局装置３０２は接続許可にかかるシグナリング信号を特定の方向にビームフォーミングし、ビームの圏内に入った端末（図１２中の斜線パターンで示す端末装置１０２）の接続要求のみ受け付ける。基地局装置３０１はある特定の方向の全ての端末装置１０２が接続要求を完了した後、次は異なる方向にビームフォーミングし、ビーム圏内に入った端末の接続要求を受け付ける。このように全ての方位方向の端末の接続要求まで完了したら、基地局装置はこの処理を終了する。端末装置１０２は、基地局装置３０２との接続が完了するまで、ＲＡＣＨを用いて接続要求信号を送信し続ける。つまり、端末装置１０２については、既存の端末が利用可能であるため、詳しい説明は省略する。
【００５６】
（基地局装置の構成例）
図１３は、図１２の基地局装置３０２の構成例を示す図である。基地局装置３０２は、通信部３２と、制御部３４と、記憶部３６とを含む。なお、図１３において、実施例１の図３と異なる点は、制御部３４の構成にあるため、基地局装置３０２の制御部３４を中心に説明を行う。
【００５７】
制御部３４は、端末選択部３４２と、ビーム制御部３４８とを含む。端末選択部３４２は、同時に接続要求を受け付ける端末数を制御するために、接続要求を許可すべき端末装置１０１を選択する。ここでは、端末選択部３４２は、当該基地局装置の通信可能範囲を１以上の通信エリアに区分して、いずれか１つ以上の通信エリアを選択することで、接続要求を許可すべき１以上の無線端末を選択する。なお、端末選択部３４２は、例えば、所定時間内に受信した接続要求に関する信号の受信電力が所定値よりも大きくなったことを契機として、この選択を行ってもよい。
【００５８】
ビーム制御部３４８は、端末選択部３４２によって選択されたそれぞれの無線端末が位置する方向に向けて、接続要求を許可する旨の信号をビームフォーミングする。例えば、方位方向に複数の通信エリアに区分されている場合、ビーム制御部３４８は、通信エリアごとに、接続許可にかかるシグナリング信号をビームフォーミングし、ビームの圏内に入った端末装置１０２のみの接続要求信号を受け付けるようにする。
【００５９】
（無線通信システムの動作例）
次に、このように構成された実施例２にかかる無線通信システムの動作について説明する。
図１４は、実施例２にかかる基地局装置の動作例を示すフローチャートである。上記実施例１のＳ１ａ〜Ｓ１ｃと同様に、基地局装置３０１は、初期状態では全ての端末装置１０１からの接続要求信号を受け付けるように、ＲＡＣＨを受信する（Ｓ３ａ）。基地局装置３０１は、全ての接続要求信号を受け付けることができたかどうかを判定し（Ｓ３ｂ）、できなかった場合は同時に受信する接続要求信号の合計電力が閾値以上であるかを判定する（Ｓ３ｃ）。閾値は、単位時間あたりに接続できる端末処理数（台／ｍｓ）が最大になるように設定することができる。合計電力が閾値以上である場合に、本発明による端末の接続要求の限定を開始する。
【００６０】
まず、基地局装置３０２は、ｉ＝０に初期化し（Ｓ３ｄ）、接続許可にかかるシグナリング信号の指向性を方向ｉの通信エリアに向ける（Ｓ３ｅ）。そして、この通信エリアに含まれる全ての端末装置１０２からの接続要求信号を受け付けるまで（Ｓ３ｇ）、ＲＡＣＨを受信する（Ｓ３ｆ）。この通信エリアに含まれる全ての端末装置１０２からの接続要求を受け付けると、ｉが最大値に達するまで（Ｓ３ｈ）、ｉを１インクリメントし（Ｓ３ｉ）、Ｓ３ｅからＳ３ｉまでの処理を繰り返し行う。
【００６１】
このように、基地局装置３０１はビームフォーミングを行い、ビームが向いている方向の端末装置１０２からの接続要求のみを受け付ける。基地局装置３０１は対象端末の接続要求が完了した後にビームの方向を変更する。全てのビーム方向における対象端末の接続要求が完了したときに、本発明による端末の接続要求の限定を終了する。
【００６２】
以上述べたように、実施例２によれば、基地局装置が特定の方向にビームフォーミングし、ビームの圏内に入った端末の接続要求のみを受け付けることで、同時に接続する端末数を削減する。これにより、端末の接続要求信号の衝突頻度が低減するため、接続処理を短時間に完了することができる。つまり、実施例１と同様に、同時に接続要求可能な端末を制限することによって、単位時間当たりの接続端末数を増加させることが可能になる。また、端末装置においては、特別な改変が必要なく、既存の端末をそのまま利用できるという利点がある。
【００６３】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。本発明は上述した実施例並びに各実施例の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。上記実施例は例示であり、各実施例を組み合わせるなどして、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００６４】
１００…無線通信システム、１０、１０１、１０２…端末装置、３０、１０２、１０３…基地局装置、１２…通信部、１４…制御部、１６…記憶部、１８…ユーザＩＦ、３２…通信部、３４…制御部、３４２…端末選択部、３４４…特定情報生成部、３４６…特定情報送信部、３４８…ビーム制御部、３６…記憶部、１１０…第１無線通信システム、１２０…第２無線通信システム。
【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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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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