JP2016100606A - 無線通信システム、無線端末および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より通信効率を向上させることができる無線通信システム、無線端末および無線通信方法を提供する。【解決手段】端末１２で送信データが発生したとき、経路予測部２４により、端末１２の現在位置、移動速度、移動方向、移動経路および目的地のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報に基づいて、端末１２の経路を予測する。また、閾値設定（伝送速度閾値決定）部２５により、経路予測部２４で予測された経路に基づいて、送信データを送信するために最低限必要とする伝送速度として伝送速度閾値を設定する。端末１２が、伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局１１ａとの間で接続可能になったとき、その基地局１１ａを介して送信データを送信する。【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信システム、無線端末および無線通信方法に関する。

近年、無線・有線通信技術の発展に伴って、ネットワークを流れるトラフィック量が急増している。各種統計によれば、その増加量は毎年1.5〜2倍程度となっており、10〜15年後には2010年比で約1000倍の通信容量が必要になると予想されている。

一方で、次世代の通信ネットワークには、社会に不可欠な基盤インフラとして、きわめて高い信頼性が求められる。あらゆるものがネットワークにつながることを前提とする社会では、ネットワークアクセスが途切れることは、大きな社会的混乱を引き起こす可能性がある。また、大きな自然災害などが発生したときに、自分の位置や状況を的確に伝えるための緊急通信手段を確保するためには、いかなる状況においても最低限のネットワークアクセスが担保される、高可用性の実現が必須である。

上記の２つの要求事項、大容量（＝高効率）と高信頼性とを実現するための有力な手段として、性質の異なる複数の通信システムを組み合わせる、異種無線統合ネットワーク（ヘテロジニアスネットワーク）が挙げられる。これは、単一の移動局（端末）を複数の無線システムでカバーできるよう、複数の無線基地局の送受信範囲をオーバーラップさせるよう設計されたネットワークである。この考え方によれば、何らかの要因により単一のシステムが停止したとしても、他のシステムにより、端末は通信を続行することができる。

また、異種無線統合ネットワークにおいては、セル半径の異なる基地局を組み合わせる手法が有効である。すなわち、単一基地局で大きい範囲をカバーできるマクロ基地局と、近距離のみをカバーする小型基地局をオーバーラップさせる。小型基地局は、同一の周波数リソースを短い周期で再利用することができる上、通信距離が短いことから、送信電力を低減でき、ひいては干渉電力を抑えることにより、周波数利用効率を高く保つことが可能である。これに対して、マクロ基地局は、大電力で広いエリアをカバーすることから、屋内端末や高速移動端末を含めた送受信範囲の確保に強みを発揮する。このように、性質の異なる無線局を組み合わせることにより、大容量化＝周波数利用効率の改善が可能である。

このように周波数利用効率の高い小型基地局を活用することにより、無線システム全体の通信容量を拡大することが可能である。言い換えれば、できるだけ多くのトラフィックを、小型基地局を経由して処理することが望ましい。これはデータオフロードあるいはトラフィックオフロードと呼ばれており、端末を送信電力の小さな小型基地局へ的確に接続させるさまざまな方式が提案されている。

セル半径数100m〜2km程度のマクロ基地局に対して、小型基地局としては様々な候補が考えられる。有力な候補としては、例えば、セル半径数10mのIEEE802.11系列に代表される無線LAN、ミリ波などを活用する無線PAN等が挙げられる。無線LANは基地局（アクセスポイント）当たり1Gbps、無線PANは基地局（アクセスポイント）当たり10Gbps程度の処理能力を持つ。セル半径が小さくなることと合わせ、単位面積当たりの伝送性能は格段に向上する。

逆に言えば、面積あたり高密度なトラフィックが存在しないと、小型基地局は効果を発揮できない。無線LANでは、駅構内、交差点、空港など、人（あるいは端末）が密集する地点に基地局を配置することでこの問題に対応している。すなわち、限られたエリアに多数のトラフィックが発生する地点を選択的に小型基地局のサービスエリアとすることで、効率よく無線LAN基地局にトラフィックを誘導する設計となっている。人間の行動様式を考慮すると、半径数10mの範囲には相当な人数があつまり、大きなトラフィックが発生することが予想され、効率的なデータオフロードが可能となる。いわば、地理的なデータ圧縮を行っていると考えられる。

しかしながら、さらにネットワーク効率を上げるには、よりセル半径が小さい無線PANのような超小型基地局（ピコ基地局）の活用が欠かせない。例えば、無線PANでは、セル半径が数mとなるため、歩行速度で考えても数秒でセル内を通過してしまう。また、セル内に在圏するユーザ数も極めて少なくなるものと考えられる。無線PANの基地局は離散的（スポット的）にしか配置されないため、たとえ人の密集するエリアに基地局を配置したとしても、動画データのダウンロードなどの大きなトラフィックが発生した瞬間に、無線PANのセル内に在圏している可能性は非常に低い。このような状況では、無線PANとオーバーレイする無線LAN基地局やマクロ基地局でトラフィックが処理されてしまうため、ネットワーク全体の効率向上が不可能となってしまう。

このように、無線PANなどのピコ基地局の送受信範囲は、歩行速度でも数秒で通過する範囲のため、この間にユーザに大きなトラフィックが発生することは期待できない。また、準静止状態のユーザを前提としても、収容できる人数は数名であり、ユーザ間の平均化効果もあまり大きくはない。一方、個々のユーザで考えれば、一日を通していずれかの時間には、動画のダウンロードやニュース情報の収集、電子ブックの購入など、何らかの大きなトラフィックが生成されている。そこで、この大容量トラフィックの発生とピコ基地局の通過時間とを合わせることが重要であり、そのためには、時間方向でトラフィックを調整するスケジューリングが有効であると考えられる。

一般的にリアルタイムでのニュース視聴などを除き、動画のダウンロードやアップロード、本の購入（ダウンロード）などは、数時間単位の遅延が許容される場合が多い。例として、自宅で購入したい映画や本を指定し、日中移動中にダウンロードが完了すれば問題ないような案件が多数あるものと想定される。自分で作成した写真などのライブラリをサーバに保存・バックアップするような使い方も考えられる。このようなトラフィックに対しては、遅延管理スケジューリングが有効である。すなわち、図５に示す一例では、マクロ基地局の広域セル内に、無線LAN基地局などのスモールセルとピコ基地局のピコセルとがオーバーラップしているとき、トラフィック発生時点では通信を行わず、許容遅延時間を管理して、許容遅延時間内にできるだけ高速・高効率な通信ができるピコ基地局を選択し、そこで時間方向で蓄積されたトラフィックをまとめて送受信を実行する。

従来、このような遅延管理スケジューリングの考え方に基づいたデータの送受信方法として、ビルのエントランスやエレベータ前にゲート型のピコ基地局を配置し、各ユーザで大容量トラフィックが発生した際に同時に許容遅延時間を設定するとともに、端末のスケジューラが通信を待機させ、許容遅延時間内にエントランス等に設置されたピコ基地局のセル内を端末が通過すれば、そこで送受信を実行し、許容遅延時間内にピコ基地局のセル内に端末が入らなければ、許容遅延時間制限直前に、マクロ基地局を経由して送受信を実行する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

Ehab Mahmoud Mohamed, Kei Sakaguchi, Seiichi Sampei, "Delayed Offloading using Cloud Cooperated Millimeter Wave Gates", Proc. of 25th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Sep. 2014, p.1852-1856

非特許文献１に記載の方法では、管理されるのは許容遅延時間だけであるため、ピコ基地局のセル内に入るかどうかは偶然に任されている。このため、周囲にマクロ基地局しかなく、ピコ基地局が存在しない場合であっても、トラフィックは待機させられてしまい、最終的にマクロ基地局を用いて送受信が実行される。また、トラフィックの待機中に無線LAN基地局を通過しても送受信は行われず、制限時間直前にマクロ基地局しかなければ、マクロ基地局を用いて送受信が実行される。このように、非特許文献１に記載の方法では、かえって通信効率が低下してしまうことが多いという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、より通信効率を向上させることができる無線通信システム、無線端末および無線通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る無線通信システムは、伝送速度が異なる複数の基地局と、各基地局との間で無線通信可能に設けられた端末とを有する無線通信システムであって、前記端末で送信データが発生したとき、前記送信データを送信するために最低限必要とする伝送速度として伝送速度閾値を設定する閾値設定手段と、前記端末が、前記伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局との間で接続可能になったとき、その基地局を介して前記送信データを送信するデータ送信手段とを、有することを特徴とする。

本発明に係る無線通信方法は、伝送速度が異なる複数の基地局との間で無線通信可能に設けられた端末で送信データが発生したとき、前記送信データを送信するために最低限必要とする伝送速度として伝送速度閾値を設定し、前記端末が、前記伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局との間で接続可能になったとき、その基地局を介して前記送信データを送信することを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法では、端末で送信データが発生したときすぐに送信を行わず、その送信データを送信するために最低限必要とする伝送速度閾値を設定し、その伝送速度閾値以上の伝送速度で送信可能になったときに、送信データの送信を行うため、高速で送信データを送信することができる。このため、例えば、無線LAN基地局の伝送速度より小さい伝送速度閾値を設定することにより、送信待機中に無線PANなどのピコ基地局の通信エリアを通過しなくても、無線LAN基地局の通信エリアを通過すれば、その時点で送信データの送信を行うことができる。

このように、本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、伝送速度閾値を利用して送信を管理することにより、許容遅延時間のみを管理する従来のものと比べて、より通信効率を向上させることができる。本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、リアルタイムでの送信を要求されない送信データを送信するのに好適に使用することができる。本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法で、伝送速度閾値は、各送信データごとに、各送信データのデータ量などの属性に基づいて設定されることが好ましい。

本発明に係る無線通信システムは、前記端末の現在位置、移動速度、移動方向、移動経路および目的地のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報に基づいて、前記端末の経路を予測する経路予測手段を有し、前記閾値設定手段は、前記経路予測手段で予測された経路に基づいて前記伝送速度閾値を設定することが好ましい。本発明に係る無線通信方法は、前記端末の現在位置、移動速度、移動方向、移動経路および目的地のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報に基づいて、前記端末の経路を予測し、その予測された経路に基づいて前記伝送速度閾値を設定することが好ましい。

この端末の経路予測を行う場合、伝送速度閾値を設定する際に、予測した経路の周囲に配置されている基地局情報を利用することにより、通信効率の良い伝送速度閾値を容易に設定することができる。例えば、経路の周囲に無線PAN等のピコ基地局が存在しないときには、マクロ基地局や無線LAN基地局の伝送速度より小さい伝送速度閾値を設定することにより、マクロ基地局経由ですぐに送信したり、無線LAN基地局の通信エリアを通過した際に無線LAN基地局経由で送信したりすることができる。これにより、送信データがいつまでも待機させられる状態を回避することができ、通信効率を向上することができる。

伝送速度閾値を設定する際に利用する基地局情報としては、例えば、本発明者等による特願２０１３−２５０３４３号の無線通信システムおよび無線通信方法に記載された、位置情報に紐づけた周辺基地局の信号品質およびスループット（期待される情報伝送速度）を含むマップ情報を使用することができる。このマップ情報は、伝送速度閾値を端末が設定する場合には、基地局から端末へあらかじめまたは定期的に配信されることが好ましい。このようなマップ情報を用いることにより、端末の予測経路周辺の基地局情報を事前に把握することができるため、最適な伝送速度閾値を設定することが可能となる。

本発明に係る無線通信システムでは、前記端末が、前記閾値設定手段、または、前記閾値設定手段と前記経路予測手段とを有していてもよい。本発明に係る無線通信方法では、前記端末が、前記伝送速度閾値の設定、または、前記伝送速度閾値の設定と前記端末の経路の予測とを行ってもよい。この場合、端末側で、送信データの遅延管理スケジューリングを行うことができる。また、本発明に係る無線端末を構成することができる。

また、本発明に係る無線通信システムは、各基地局との間で通信可能に設けられたネットワーク制御部を有し、前記端末は、前記送信データが発生したとき、接続可能な基地局を介して前記端末情報を前記ネットワーク制御部に送信する端末情報送信手段を有し、前記ネットワーク制御部は、前記閾値設定手段と前記経路予測手段とを有し、前記閾値設定手段で設定された前記伝送速度閾値を、接続可能な基地局を介して前記端末に送信する閾値送信手段を有していてもよい。本発明に係る無線通信方法で、前記端末は、前記送信データが発生したとき、接続可能な基地局を介して前記端末情報を、各基地局との間で通信可能に設けられたネットワーク制御部に送信し、前記ネットワーク制御部は、前記端末の経路の予測と前記伝送速度閾値の設定とを行い、前記伝送速度閾値を、接続可能な基地局を介して前記端末に送信してもよい。この場合、ネットワーク制御部で、複雑なアルゴリズムを用いた端末の経路予測や伝送速度閾値の設定を行うことができ、さらなる通信効率の向上を図ることができる。

このネットワーク制御部を有する場合、前記ネットワーク制御部は、全ての端末の移動経路情報をデータベースに記録する経路情報記録手段を有し、前記経路予測手段は、さらに前記経路情報記録手段で記録された前記移動経路情報を利用して、前記端末の経路を予測してもよい。この場合、これまでの経験に基づいた経路予測を行うことができ、その予測精度を高め、その結果として通信効率をも高めることができる。

本発明に係る無線通信システムで、前記端末は、前記送信データが発生したとき、前記送信データを送信するまでに許容される時間として許容遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、前記データ送信手段で前記送信データを送信することなく前記許容遅延時間まで所定の時間以下になったとき、接続可能な基地局を介して前記送信データを送信する強制送信手段とを、有することが好ましい。この場合、許容遅延時間までに確実に送信データを送信することができる。許容遅延時間は、各送信データごとに、各送信データの緊急度などの属性に基づいて設定されることが好ましい。

この許容遅延時間を設定する場合、前記閾値設定手段は、さらに前記端末の周囲に配置されている基地局の信号品質分布およびデータ処理能力、ならびに前記許容遅延時間のうちの少なくとも一つを利用して、前記伝送速度閾値を設定することが好ましい。この場合、端末の位置や送信データの実情に応じて、最適な伝送速度閾値を設定することができる。

また、許容遅延時間を設定する場合、前記閾値設定手段は、送信データが送信されるまで、前記許容遅延時間の残り時間に応じて前記伝送速度閾値を１回または複数回修正して、新たな伝送速度閾値を設定し、前記データ送信手段は、前記端末が、最新の伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局との間で接続可能になったとき、その基地局を介して前記送信データを送信してもよい。この場合、伝送速度閾値を常に最適な値にしておくことができる。例えば、定期的に端末の経路の予測を行い、そのたびに伝送速度閾値を修正してもよい。

また、許容遅延時間を設定する場合、前記閾値設定手段は、前記許容遅延時間が短いほど小さい値になるよう、前記伝送速度閾値を設定してもよい。この場合、強制的に送信データを送信する前に、可能な限り通信効率が高い状態で送信データを送信することができる。

本発明に係る無線通信システムは、前記送信データのデータ量が所定の量以上のとき、前記端末の周囲または前記経路予測手段で予測された経路の周囲に配置されている基地局の信号品質分布およびデータ処理能力と、前記伝送速度閾値とに基づいて、前記送信データを送信する基地局を選択し、その基地局の通信エリアまでの経路を前記端末に示す経路指示手段を有することが好ましい。この場合、データ量が大きい送信データが発生した端末を、高速通信が可能な基地局の通信エリアに誘導することができる。このため、効率的な通信が可能となり、システム全体の通信効率を高めることができる。経路指示手段は、端末が有していても、ネットワーク制御部が有していてもよい。基地局選択の際に利用する、基地局の信号品質分布およびデータ処理能力としては、例えば、本発明者等による特願２０１３−２５０３４３号の無線通信システムおよび無線通信方法に記載されたマップ情報を使用することができる。

本発明によれば、より通信効率を向上させることができる無線通信システム、無線端末および無線通信方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の無線通信システム、無線端末および無線通信方法を示す全体構成図である。 本発明の第１の実施の形態の無線通信システムの無線端末を示すブロック構成図である。 本発明の第２の実施の形態の無線通信システムのネットワーク制御部を示すブロック構成図である。 本発明の第３の実施の形態の無線通信システムの無線端末を示すブロック構成図である。 従来の異種無線統合ネットワークにおける遅延管理スケジューリングの原理を示す説明図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム、無線端末および無線通信方法を示している。本発明の第１の実施の形態の無線通信方法は、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムおよび無線端末で実施される方法である。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０は、複数の無線通信ネットワークシステム１１と複数の端末１２とを有している。各無線通信ネットワークシステム１１は、それぞれ１または複数の基地局１１ａを有している。全ての基地局１１ａは、それぞれ固有の伝送速度を有し、複数種類の異なる伝送速度に分類可能である。図１に示すように、各無線通信ネットワークシステム１１は、その通信エリアの一部または全部が、基地局１１ａの伝送速度が異なる他の１または複数の無線通信ネットワークシステム１１の通信エリアと重なり合っている。

なお、図１に示す一例では、各無線通信ネットワークシステム１１は、広域セルラー（Cellular）、WLAN、WPANから成っているが、これに限定されるものではない。また、各基地局１１ａは、広域セルラーやWPAN等の基地局だけでなく、WLANのアクセスポイント（AP）や、ＣＳＭＡ／ＣＡの各ホストなども含んでいる。

各端末１２は、各基地局１１ａとの間で無線通信可能に設けられている。図２に示すように、各端末１２は、送受信アンテナ２１と無線通信機能部２２とマップ管理部２３と経路予測部２４と閾値設定（伝送速度閾値決定）部２５と在圏管理部２６と遅延スケジューラ部２７とメモリ部２８とを有している。無線通信機能部２２は、送受信アンテナ２１に接続され、高周波部、変復調部、再送や各種制御を行うアクセス制御部などを含んでいる。マップ管理部２３は、位置情報に紐づけた周辺基地局１１ａの信号品質およびスループット（期待される情報伝送速度）を含むマップ情報Ｓ３を、図１に示すネットワーク制御部（Hetero-Network Controller；管理サーバ）等から、送受信アンテナ２１および無線通信機能部２２を介して受信し、管理するよう構成されている。

経路予測部２４は、端末１２の現在位置、移動速度、移動方向および移動経路のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報に基づいて、端末１２の将来の移動経路を予測するよう構成されている。閾値設定部２５は、アプリケーションなどの上位層で送信データＳ８が発生したとき、マップ管理部２３のマップ情報Ｓ３と、経路予測部２４で予測した経路予測情報Ｓ４と、許容遅延時間情報Ｓ５とに基づいて、その送信データＳ８を送信するために最低限必要とする伝送速度として伝送速度閾値を設定するよう構成されている。なお、許容遅延時間情報Ｓ５は、送信データＳ８が発生したとき、そのアプリケーション（上位層）に設けられた遅延時間設定手段（図示せず）により、その送信データＳ８を送信するまでに許容される時間として設定された許容遅延時間の情報である。

在圏管理部２６は、端末１２の現在位置とマップ管理部２３のマップ情報Ｓ３とに基づいて、ハンドオーバーや基地局（システム）選択を行うよう構成されている。遅延スケジューラ部２７は、許容遅延時間情報Ｓ５と、伝送速度閾値情報Ｓ７と、在圏管理部２６で選択された基地局１１ａの伝送速度情報とに基づいて、送信データＳ８の送受信タイミングを決定するよう構成されている。メモリ部２８は、アプリケーション（上位層）で発生した送信データＳ８を一時保存するよう構成されている。

各端末１２は、伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局１１ａとの間で接続可能になったとき、遅延スケジューラ部２７により、その基地局１１ａを介して送信データを送信するよう決定し、メモリ部２８に保存された送信データを、無線通信機能部２２および送受信アンテナ２１を介して送信するようになっている。また、各端末１２は、送信データを送信することなく許容遅延時間まで所定の時間以下になったとき、遅延スケジューラ部２７により、接続可能な基地局１１ａを介してすぐに送信データを送信するよう決定し、メモリ部２８に保存された送信データを送信するようになっている。

次に、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０の動作について説明する。本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０では、マップ情報Ｓ３が、図１に示すネットワーク制御部（管理サーバ）等から、任意の基地局１１ａを介して、あらかじめまたは定期的に各端末１２に配信され、無線通信機能部２２で復調されてマップ管理部２３によって管理されている。マップ情報Ｓ３には、周辺基地局１１ａの位置情報、信号品質情報、予測されるスループットに関する情報などが含まれている。なお、マップ情報としては、例えば、本発明者等による特願２０１３−２５０３４３号の無線通信システムおよび無線通信方法に記載されたものを使用することができる。在圏管理部２６では、常時、そのマップ情報の周辺基地局情報を参照し、端末１２の自局位置と合わせて基地局選択（ハンドオーバー）を行う。

各種アプリケーションによって送信データＳ８が発生すると、その送信データＳ８はフレーミングされた後、一旦メモリ部２８に保存される。送信データＳ８には、リアルタイム性が要求されるＶｏＩＰやＴＶ通話のような情報とともに、動画ダウンロードや、データのバックアップ、各種アプリケーションのダウンロードなど、一定時間内に実行されれば問題のない非リアルタイム情報が存在している。そのような情報の特性に応じて、アプリケーションにより、各送信データＳ８に許容遅延時間が設定される。設定された許容遅延時間情報Ｓ５は、閾値設定部２５および遅延スケジューラ部２７に送られる。

閾値設定部２５では、伝送速度閾値として、送信データごとに、その送信データを無線伝送するために利用する基地局１１ａの最低伝送速度（期待値）を決定する。伝送速度閾値の決定法には様々な手法が考えられるが、例えば、閾値設定部２５では、許容遅延時間情報Ｓ５とマップ情報Ｓ３と経路予測情報Ｓ４とを用いて、許容遅延時間内に端末１２が通過する基地局１１ａのスループットを予測し、ネットワーク全体の効率が向上するよう送信データの送受信を行う基地局１１ａの種類を選定し、伝送速度閾値Ｓ７を決定する。ここで、経路予測情報Ｓ４は、経路予測部２４により、準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）などから得られる端末１２の位置情報を元に、端末１２の移動経路を予測して生成されるものである。この予測には、端末１２の移動方向、移動速度、過去の移動経路（通勤・通学などのパターン化された経路）、カーナビなどで用いられる道路情報などが用いられる。

遅延スケジューラ部２７では、許容遅延時間情報Ｓ５と伝送速度閾値Ｓ７と在圏管理部２６で選択している基地局１１ａのスループット情報とに基づいて、メモリ８に保存された送信データの送信タイミングを管理している。これにより、各端末１２は、伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局１１ａとの間で接続可能になったとき、無線通信機能部２２を介して送信を実行する。また、送信データを送信することなく許容遅延時間まで所定の時間以下になったとき、接続可能な基地局１１ａを介してすぐに送信を実行する。

なお、ヘテロジニアスネットワーク全体の効率を向上させるためには、できるだけ高スループットの基地局１１ａで通信を行う（高スループットの基地局１１ａに送信データを集中させる）ことが望ましい。しかしながら、経路予測は必ずしも正しいものではなく、また各基地局１１ａのスループットは時間的に変動することから、基地局１１ａの通信エリアに到着した際に、予測されたスループットが低下している可能性もある。このため、ある程度余裕を持った閾値設定を行い、決められた伝送速度閾値を超えるスループットを有する基地局１１ａの通信エリアを通過した際に、送信が実行されるようになっている。

本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０によれば、端末１２で送信データが発生したときすぐに送信を行わず、許容遅延時間に応じて無線伝送を待機させるとともに、伝送速度閾値を設定することにより、より高スループットな基地局１１ａを用いて高速で送信データを送信することができる。これにより、ヘテロジニアスネットワークにおいて、一般的にはカバレッジの狭い高スループットな基地局１１ａにトラフィックを集中することができ、ネットワーク全体の効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０では、例えば、無線LAN基地局の伝送速度より小さい伝送速度閾値を設定することにより、送信待機中に無線PANなどのピコ基地局の通信エリアを通過しなくても、無線LAN基地局の通信エリアを通過すれば、その時点で送信データの送信を行うことができる。このように、伝送速度閾値を利用して送信を管理することにより、許容遅延時間のみを管理する従来のものと比べて、より通信効率を向上させることができる。

また、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０では、伝送速度閾値を設定する際に、予測した経路の周囲に配置されている基地局情報を含むマップ情報を利用するため、通信効率の良い伝送速度閾値を容易に設定することができる。例えば、経路の周囲に無線PAN等のピコ基地局が存在しないときには、マクロ基地局や無線LAN基地局の伝送速度より小さい伝送速度閾値を設定することにより、マクロ基地局経由ですぐに送信したり、無線LAN基地局の通信エリアを通過した際に無線LAN基地局経由で送信したりすることができる。これにより、送信データがいつまでも待機させられる状態を回避することができ、通信効率を向上することができる。

また、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０は、屋内環境にも適用可能である。例えば、端末１２が位置する建物が特定でき、その建物内（出入り口のゲート周辺など）にピコ基地局が設置されていることがわかる場合などには、端末１２がそのピコ基地局を通過する可能性が高くなる。このため、伝送速度閾値の設定に際してそのピコ基地局を考慮することにより、高速での送信が可能となり、通信効率を高めることができる。

なお、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０では、送信データが送信されるまで、許容遅延時間の残り時間に応じて伝送速度閾値を複数回修正し、最新の伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局１１ａとの間で接続可能になったとき、その基地局１１ａを介して送信データを送信してもよい。例えば、定期的に端末１２の経路の予測を行い、そのたびに伝送速度閾値を修正してもよい。この場合、許容遅延時間が近づくほど経路予測の精度は上がるため、より適切な伝送速度閾値の選択が可能となる。また、許容遅延時間が近づくほどより確実に伝送を行うことが求められるため、残り時間が短いほど余裕のある伝送速度閾値（より小さい値の伝送速度閾値）の選択を行うことが好ましい。これにより、強制的に送信データを送信する前に、可能な限り通信効率が高い状態で送信データを送信することができる。

また、経路予測に際しては、目的地の情報を利用することが好ましい。この場合、より高精度な予測が可能となる。ユーザから入力された目的地情報をもとに経路予測を行い、マップ情報および許容遅延時間情報と合わせて、伝送速度閾値を設定することも有効である。さらに、経路予測に際して、端末１２の移動速度を利用してもよい。高速移動環境では、WPAN等のピコ基地局への在圏時間が非常に短くなるため、高いスループットは期待できない。このため、このような条件では、ピコ基地局を送受信実行候補基地局から外す必要がある。このように、端末１２の移動速度も、経路予測および伝送速度閾値設定にあたって重要なパラメータである。

図３は、本発明の第２の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。
本発明の第２の実施の形態の無線通信システムは、複数の無線通信ネットワークシステム１１と複数の端末１２と基地局間通信網（バックボーンネットワーク）３１とネットワーク制御部３２とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の第２の実施の形態の無線通信システムは、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０において端末１２が有するマップ管理部２３、経路予測部２４および閾値設定（伝送速度閾値決定）部２５の機能を、ネットワーク制御部３２（クラウド側）に移した構成を有している。

各端末１２は、マップ管理部２３、経路予測部２４および閾値設定部２５を有していない。また、各端末１２は、送信データが発生したとき、現在位置、移動速度、移動方向および目的地のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報、ならびに許容遅延時間情報を、接続可能な基地局１１ａを介してネットワーク制御部３２に送信するよう構成されている。各端末１２は、ネットワーク制御部３２から送信された伝送速度閾値を利用して、送信データの送信を管理するよう構成されている。

基地局間通信網３１は、汎用のIP網から成り、各無線通信ネットワークシステム１１の各基地局１１ａに接続されている。基地局間通信網３１は、全ての基地局１１ａを互いに接続している。

ネットワーク制御部３２は、基地局間通信網３１に有線で接続されており、基地局間通信網３１を介して全ての基地局１１ａと通信可能に接続されている。図３に示すように、ネットワーク制御部３２は、有線通信機能部４１とマップ情報生成・管理部４２と地図・道路情報データベース４３とユーザ経路データベース４４と経路予測部４５と閾値設定（伝送速度閾値決定）部４６とを有している。有線通信機能部４１は、基地局間通信網３１を介して各基地局１１ａと通信を行うよう構成されている。マップ情報生成・管理部４２は、各端末１２および各基地局１１ａから信号品質、スループットに関わる情報Ｓ４０を収集し、統計処理を行ってマップ情報を生成するよう構成されている。地図・道路情報データベース４３は、あらかじめ入手した地図情報および道路情報をデータベースとして管理するよう構成されている。ユーザ経路データベース４４は、各ユーザ（端末１２）の過去の経路（移動経路情報）や、行動パターンを記録してデータベース化し、管理するよう構成されている。

経路予測部４５は、各端末１２からの端末情報Ｓ４１、地図・道路情報データベース４３の地図情報や道路情報、ユーザ経路データベース４４のユーザの過去の経路情報などに基づいて、各端末１２の移動経路を予測するよう構成されている。閾値設定部４６は、マップ情報生成・管理部４２からのマップ情報と、各端末１２からの許容遅延時間情報と、経路予測情報Ｓ４３とに基づいて、伝送速度閾値Ｓ４２を設定するよう構成されている。ネットワーク制御部３２は、閾値設定部４６で設定された伝送速度閾値Ｓ４２を、接続可能な基地局１１ａを介して、対応する端末１２に送信するよう構成されている。

なお、ネットワーク制御部３２は、１つから成り、その１つで全無線通信ネットワークシステム１１をカバーしていてもよく、複数から成り、それぞれが所定の範囲の無線通信ネットワークシステム１１をカバーしていてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態の無線通信システムの動作について説明する。本発明の第２の実施の形態の無線通信システムでは、ネットワーク制御部３２が、定常的に各端末１２および各基地局１１ａと通信を行って、信号品質分布、アクティブユーザ数などのスループットに関わる情報Ｓ４０を収集し、マップ情報生成・管理部４２で、最新のマップ情報を生成し管理している。また、カーナビなどでも用いられる地図・道路情報も、地図・道路情報データベース４３として保持している。さらに、各ユーザ（端末１２）の過去の移動履歴を、ユーザ経路データベース４４として管理している。

端末１２で送信データが発生したとき、現在位置、移動速度、移動方向、移動経路、目的地などの端末情報Ｓ４１、および許容遅延時間情報を、接続可能な基地局１１ａを介して、その端末１２からネットワーク制御部３２に送信する。ネットワーク制御部３２では、その端末情報Ｓ４１と地図・道路情報データベース４３とユーザ経路データベース４４とを用いて、経路予測部４５により、端末１２の経路予測を行う。また、閾値設定部４６により、その経路予測情報Ｓ４３とマップ情報と許容遅延時間情報とを用いて、端末１２が通過する経路の伝送速度期待値を評価し、伝送速度閾値Ｓ４２を決定する。さらに、その伝送速度閾値Ｓ４２を、接続可能な基地局１１ａを介して端末１２に送信する。端末１２では、その伝送速度閾値を用いて遅延スケジューラ部２７により送信データの送信タイミングを管理し、伝送速度閾値を超える伝送速度が実現できる基地局１１ａにより、送信データの送信を実行する。

本発明の第２の実施の形態の無線通信システムによれば、ネットワーク制御部３２で蓄積する高精度かつ広範囲なマップ情報や、より詳細な地図情報、道路情報およびユーザの過去の経路情報が活用できるとともに、強力な演算性能を要求する複雑な予測アルゴリズムを利用することができる。このため、より適切な伝送速度閾値を決定することができ、ネットワーク全体の効率改善を実現することができる。

図４は、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。
近年、スマートフォンや専用インターフェース機器などを用いて、“人”に対するナビゲーションサービスが開始または提案されている。本発明の第３の実施の形態の無線通信システムは、このようなサービスの提供に対応したものであり、複数の無線通信ネットワークシステム１１と複数の端末１２とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の無線通信システム１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図４に示すように、各端末１２は、経路指示部５１を有している。経路指示部５１は、端末１２で発生した送信データのデータ量が所定の量以上のとき、閾値設定部２５による伝送速度閾値決定後に、マップ情報Ｓ３および経路予測情報Ｓ４を利用して、予測された経路の周囲に配置されている基地局１１ａの中から、送信データを送信するための、伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局１１ａを選択するよう構成されている。さらに、経路指示部５１は、選択した基地局１１ａの通信エリアまでの経路を、端末１２の画面や音声等で、端末１２のユーザに対して指示するよう構成されている。

本発明の第３の実施の形態の無線通信システムでは、端末１２に大きなトラフィックが蓄積されたとき、多少遠回りになっても高速通信が可能な基地局１１ａの通信エリアを通過するよう、ユーザに対して経路指示を行うことができる。このため、効率的な通信が可能となり、システム全体の通信効率を高めることができる。

なお、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムで、経路指示部５１は、本発明の第２の実施の形態の無線通信システムのネットワーク制御部３２に設けられていてもよい。この場合、選択した基地局１１ａの通信エリアまでの経路情報を、接続可能な基地局１１ａを介して、対応する端末１２に送信することにより、その端末１２のユーザに対して経路指示を行うことができる。

１０ 無線通信システム
１１ 無線通信ネットワークシステム
１１ａ 基地局
１２ 端末
２１ 送受信アンテナ
２２ 無線通信機能部
２３ マップ管理部
２４ 経路予測部
２５ 閾値設定部
２６ 在圏管理部
２７ 遅延スケジューラ部
２８ メモリ部

３１ 基地局間通信網
３２ ネットワーク制御部
４１ 有線通信機能部
４２ マップ情報生成・管理部
４３ 地図・道路情報データベース
４４ ユーザ経路データベース
４５ 経路予測部
４６ 閾値設定部

５１ 経路指示部

Claims (16)

1. 伝送速度が異なる複数の基地局と、各基地局との間で無線通信可能に設けられた端末とを有する無線通信システムであって、
   前記端末で送信データが発生したとき、前記送信データを送信するために最低限必要とする伝送速度として伝送速度閾値を設定する閾値設定手段と、
   前記端末が、前記伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局との間で接続可能になったとき、その基地局を介して前記送信データを送信するデータ送信手段とを、
   有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記端末の現在位置、移動速度、移動方向、移動経路および目的地のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報に基づいて、前記端末の経路を予測する経路予測手段を有し、
   前記閾値設定手段は、前記経路予測手段で予測された経路に基づいて前記伝送速度閾値を設定することを
   特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記端末が、前記閾値設定手段、または、前記閾値設定手段と前記経路予測手段とを有することを特徴とする請求項１または２記載の無線通信システム。
4. 各基地局との間で通信可能に設けられたネットワーク制御部を有し、
   前記端末は、前記送信データが発生したとき、接続可能な基地局を介して前記端末情報を前記ネットワーク制御部に送信する端末情報送信手段を有し、
   前記ネットワーク制御部は、前記閾値設定手段と前記経路予測手段とを有し、前記閾値設定手段で設定された前記伝送速度閾値を、接続可能な基地局を介して前記端末に送信する閾値送信手段を有することを
   特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
5. 前記ネットワーク制御部は、全ての端末の移動経路情報をデータベースに記録する経路情報記録手段を有し、
   前記経路予測手段は、さらに前記経路情報記録手段で記録された前記移動経路情報を利用して、前記端末の経路を予測することを
   特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
6. 前記端末は、前記送信データが発生したとき、前記送信データを送信するまでに許容される時間として許容遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、前記データ送信手段で前記送信データを送信することなく前記許容遅延時間まで所定の時間以下になったとき、接続可能な基地局を介して前記送信データを送信する強制送信手段とを、有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
7. 前記閾値設定手段は、さらに前記端末の周囲に配置されている基地局の信号品質分布およびデータ処理能力、ならびに前記許容遅延時間のうちの少なくとも一つを利用して、前記伝送速度閾値を設定することを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
8. 前記閾値設定手段は、送信データが送信されるまで、前記許容遅延時間の残り時間に応じて前記伝送速度閾値を１回または複数回修正して、新たな伝送速度閾値を設定し、
   前記データ送信手段は、前記端末が、最新の伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局との間で接続可能になったとき、その基地局を介して前記送信データを送信することを
   特徴とする請求項６または７記載の無線通信システム。
9. 前記閾値設定手段は、前記許容遅延時間が短いほど小さい値になるよう、前記伝送速度閾値を設定することを特徴とする請求項６または７記載の無線通信システム。
10. 前記送信データのデータ量が所定の量以上のとき、前記端末の周囲または前記経路予測手段で予測された経路の周囲に配置されている基地局の信号品質分布およびデータ処理能力と、前記伝送速度閾値とに基づいて、前記送信データを送信する基地局を選択し、その基地局の通信エリアまでの経路を前記端末に示す経路指示手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線通信システム。
11. 伝送速度が異なる複数の基地局との間で無線通信可能に設けられた無線端末であって、
    送信データが発生したとき、前記送信データを送信するために最低限必要とする伝送速度として伝送速度閾値を設定する閾値設定手段と、
    前記伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局との間で接続可能になったとき、その基地局を介して前記送信データを送信するデータ送信手段とを、
    有することを特徴とする無線端末。
12. 現在位置、移動速度、移動方向、移動経路および目的地のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報に基づいて、経路を予測する経路予測手段を有し、
    前記閾値設定手段は、前記経路予測手段で予測された経路に基づいて前記伝送速度閾値を設定することを
    特徴とする請求項１１記載の無線端末。
13. 伝送速度が異なる複数の基地局との間で無線通信可能に設けられた端末で送信データが発生したとき、前記送信データを送信するために最低限必要とする伝送速度として伝送速度閾値を設定し、
    前記端末が、前記伝送速度閾値以上の伝送速度を有する基地局との間で接続可能になったとき、その基地局を介して前記送信データを送信することを
    特徴とする無線通信方法。
14. 前記端末の現在位置、移動速度、移動方向、移動経路および目的地のうちの少なくともいずれか１つを含む端末情報に基づいて、前記端末の経路を予測し、その予測された経路に基づいて前記伝送速度閾値を設定することを特徴とする請求項１３記載の無線通信方法。
15. 前記端末が、前記伝送速度閾値の設定、または、前記伝送速度閾値の設定と前記端末の経路の予測とを行うことを特徴とする請求項１３または１４記載の無線通信方法。
16. 前記端末は、前記送信データが発生したとき、接続可能な基地局を介して前記端末情報を、各基地局との間で通信可能に設けられたネットワーク制御部に送信し、
    前記ネットワーク制御部は、前記端末の経路の予測と前記伝送速度閾値の設定とを行い、前記伝送速度閾値を、接続可能な基地局を介して前記端末に送信することを
    特徴とする請求項１４記載の無線通信方法。