JP5146098B2

JP5146098B2 - 無線品質劣化予測システム

Info

Publication number: JP5146098B2
Application number: JP2008128318A
Authority: JP
Inventors: 泰彦松永
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-05-15
Also published as: JP2009278421A; US20090286526A1

Description

本発明は無線通信端末における通信品質の管理に関し、特に電波伝搬の問題に基づく品質の劣化を予測する無線品質劣化予測システムに関する。

無線通信は、建物や地形による電波の遮蔽、およびマルチパス干渉の影響等により、場所によって著しく通信品質が劣化する箇所(不感地)が存在する。不感地をゼロに近づけるには多大なコストがかかるため、携帯電話などの無線通信システムでは、エリア整備が完了した後でもある程度の不感地が残るのが通常である。
しかし、このような不感地の存在を前提とすると、無線通信を確実な通信手段として活用することに支障が生じる。

通信の確実性が要求される例としては、自治体による災害時の救助活動などミッションクリティカルな業務における無線通信、高齢者や児童など行動支援が必要な利用者に対するライフラインとしての通信、または通信事業者が企業に対しておこなう無線通信のサービスレベル契約（ＳＬＡ）などが挙げられる。

通常、災害時や花火大会などのイベント時における一時的なトラフィック集中による輻輳に対しては、ネットワーク側で適切な発信規制を行い、警察・消防や一部の公的機関の端末を優先的に接続させるような災害時優先接続端末を用意していたが、無線の不感地の問題に対しては有効な対策がなく、通信品質が急に劣化して呼が切断されてしまうのが通常であった。

従来、無線端末において通信品質の劣化を予測する方法が提案されている（特許文献１〜３を参照）。
特許文献１には、カーナビゲーションシステムから自車の位置と、トンネルなど地図情報から通話不能とみられるエリアの情報を取得し、通話不能エリアに入る直前にハンズフリー装置から発信操作があったときには発信を保留する無線通信品質の劣化予測方法が記載されている。

また、特許文献２には、現在時刻と、列車の運行計画と、トンネルなどの遮蔽物の地図データから通話可能な残り時間を取得し、それが短い場合はもうすぐ通話不能となることを画面や警告音などによって通知する無線通信品質の劣化予測方法が記載されている。

また、特許文献３には、無線端末において通信中のビットエラーレート（BER）を継続的に測定し、BERが一定値を下回る場合にはユーザと通信相手に警告音を発する無線通信品質の劣化予測方法が開示されている。
特開平１０−３１３４８４号公報特開２００１−１７７８６９号公報特開平０８−１９０４２号公報

特許文献１および特許文献２で示された従来の無線通信品質の劣化予測方法では、都市部の電波伝搬環境は非常に複雑であり、地図データ上の遮蔽物以外の場所で電波品質が劣化することを予測できない。
また、近年、トンネルなどの遮蔽物エリアであっても、屋内のアンテナや漏洩同軸ケーブル等を利用した不感地対策がされている場合もあり、遮蔽物内であっても実際には通信可能な場合もあるため、通信品質の劣化予測の精度に問題があった。

また、特許文献３に記載された従来の通信品質の劣化予測の方法の場合、無線品質の劣化が急激に生じるため、警告音を出されてからではユーザが反応できないという問題がある。これは、一般に非見通し環境における無線通信は、電波の反射によるフェーディングや、伝搬路が建物の影に入ることによるシャドウイングの影響により、数十デシベル程度におよぶ無線の品質の変動が急激に生じることによる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無線端末において将来における無線通信品質の劣化を、十分な時間の余裕と精度をもって予測し、ユーザがサービス圏内から出ないように警告と行動支援を行うことができる無線品質劣化予測システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、無線端末が通信の中継をおこなうマルチホップネットワークにおいて、自端末だけでなく、近隣の他の無線端末の移動を考慮して将来の無線品質の劣化を予測することができる無線品質劣化予測システム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の無線品質劣化予測システムは、無線端末が通信の中継を行うマルチホップネットワークにおいて、無線品質の監視サービスを受ける複数の無線端末と、前記複数の無線端末の移動履歴を同時に受信し、各無線端末の将来位置を予測する将来位置予測手段と、前記複数の無線端末の各々の前記将来位置に基づいてサービス対象エリアの無線品質を電波伝搬シミュレータを用いて推定する電波伝搬推定手段と、前記複数の無線端末の各々の前記将来位置における無線品質の劣化を予測し、当該複数の無線端末が提供するサービスエリアの無線品質劣化の警告を当該複数の無線端末に送信する品質劣化予測手段とを備えた監視サーバとを有することを特徴とする。

本発明によれば、無線端末の将来位置における無線品質の劣化を十分な時間余裕と精度をもって予測することができることである。その理由は、都市部での複雑な電波伝搬環境の予測に比べ、人は急に移動速度・方向を変えないため移動特性が予測し易いためである。さらに、レイトレーシング法などに基づく電波伝搬シミュレータを用いれば、複雑な電波伝搬環境を精度よく推定することが可能だからである。

また、本発明によれば、マルチホップネットワークの将来位置における無線品質の劣化を予測可能なことである。マルチホップネットワークにおいては、無線端末が通信の中継をおこなうため、複数の無線端末の移動によってサービス可能エリアが随時変化する。
本発明によれば、複数の無線端末の移動を予測し、将来時点において複数の無線端末によって中継可能な範囲を推定できるため、任意の無線端末に対して無線品質の劣化を予測可能となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る無線品質劣化予測システムの構成を図１に示す。同図において、本発明の第１実施形態に係る無線品質劣化予測システムは、無線端末１０と、監視サーバ２０とからなり、無線端末１０と監視サーバ２０とは無線網３０を介して無線通信を行う。

無線端末１０は、ＧＰＳ衛星からの受信信号などを用いて自己位置の測定を行う測位手段１００と、無線網３０を介して通信を行う通信手段１０１と、監視サーバ２０から品質劣化警告を受信した際にユーザに警告を行うユーザ通知手段１０２とを有している。測位手段１００は、無線端末の移動履歴を、無線網を介して監視サーバに通知する移動履歴通知手段を兼ねている。

ユーザに警告を行う方法としては、警告音を発する方法、ディスプレイへの警告ポップアップ表示による方法などがある。表示デバイスとして標準的なディスプレイではなく、ユーザが着用するゴーグル型のものを採用する場合、ゴーグルを通して見られる風景に対して電波品質の劣化状態に応じた色をつけるような形態としても良い。

監視サーバ２０は、将来位置予測手段２００と、電波伝搬推定手段２０１と、品質劣化予測手段２０２とを有している。
将来位置予測手段２００は、無線端末１０の測位手段１００より移動履歴を受信し、該移動履歴から無線端末１０の将来位置を予測する機能を有している。移動履歴から将来位置を予測する方法についてはカルマンフィルタを用いる方法などが良く使われており、例えば非特許文献１の第９章「GPS Navigation Algorithm」に詳しい。

[非特許文献１]
Bradford W. Parkinson, James J. Spilker Jr. 編、”Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I”
カルマンフィルタを用いた将来位置の予測については当業者にとって良く知られているため省略する。

電波伝搬推定手段２０１は無線端末１０が存在するエリア付近において無線品質を推定し、将来位置予測手段２００から通知された一定期間後の無線端末１０の予測位置における無線品質の推定値を品質劣化予測手段２０２に出力する。
電波伝搬推定の方法としては、秦モデルなどの統計式を用いる手法、３次元レイトレーシングなどの決定論的手法を用いる手法が一般に知られており、所要精度と計算時間などに応じていずれかの手法を採用すればよい。

品質劣化予測手段２０２は、電波伝搬推定手段２０１から入力された電波品質推定情報に基づき、将来の無線端末位置における無線品質の劣化を予測し、品質劣化警告を作成して無線端末１０へと送信する。

次に、図２を参照して品質劣化予測手段２０２における動作を説明する。図２において、品質劣化予測手段２０２が予測動作を開始し（ステップ４００）、品質劣化予測手段２０２は、将来位置予測手段２００を介して無線端末１０の将来位置を取得する(ステップ４０１)。

次いで、電波伝搬推定手段２０１から無線端末１０の将来位置近傍における無線品質の推定結果を取得し(ステップ４０２)、無線端末の将来位置における無線品質推定結果が予め定めた閾値未満であるか否かを調べる(ステップ４０３)。閾値より良好であれば品質劣化予測動作を終了する。
一方、無線端末の将来位置における無線品質推定結果が予め定めた閾値未満であった場合は、無線端末１０に対して将来位置における品質劣化警告を出力し(ステップ４０４)、品質劣化予測動作を終了する(ステップ４０５)。

このように、無線端末１０の将来位置を予測し、将来位置における無線品質の劣化を電波伝搬シミュレータによって予測することで、無線端末の１０ユーザに対して無線品質の劣化を警告し、サービス圏内にとどまるよう促すことが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態に係る無線品質劣化予測システムの構成を図３に示す。本発明の第２実施形態に係る無線品質劣化予測システムが第１実施形態に係る無線品質劣化予測システムと構成上、異なるのは、第１実施形態に係る無線品質劣化予測システムにおいて監視サーバに設けられていた将来位置予測手段及び品質劣化予測手段を無線端末側に設けるとともに、無線端末に新たに電波伝搬推定結果保持手段を設け、監視サーバ側には、電波伝搬推定手段のみを設けるようにした点であり、他の構成は第１実施形態と同様である。

図３において、本発明の第２実施形態に係る無線品質劣化予測システムは、無線端末１１と、監視サーバ２１とからなり、無線端末１１と監視サーバ２１とは無線網３０を介して無線通信を行う。
図３において、監視サーバ２１は電波伝搬推定手段２０１のみとなり、無線端末１０が位置するエリア付近の電波伝搬推定結果を、無線網３０を介して無線端末１１に送付する。

一方、本発明の第１実施形態に係る無線品質劣化予測システムの構成を示す図１における監視サーバ２０内に設けられていた将来位置予測手段と品質劣化予測手段が無線端末１１内に、将来位置予測手段１０３、品質劣化予測手段１０５として設けられており、図１における監視サーバ２０の将来位置予測手段と品質劣化予測手段の機能が無線端末１１側に移されている。

また、無線端末１１には、新たに電波伝搬推定結果保持手段１０４を備え、電波伝搬推定結果保持手段１０４は、無線端末１１が位置するエリア付近の電波伝搬推定結果を蓄積する。測位手段１００、通信手段１０１、ユーザ通知手段１０２は、第１実施形態（図１）における無線端末１０と同様にもうけられており、機能も同一である。

このような構成をとることにより、本発明の第２実施形態に係る無線品質劣化予測システムによれば、無線端末が随時ネットワークを介して無線端末の移動履歴を送付する必要がなくなり、電波伝搬推定結果を短い間隔で取得しなくてよくなるため、通信電力の消費が抑制される。

次に、本発明の第３実施形態に係る無線品質劣化システムの構成を図４に示す。本発明の第３実施形態に係る無線品質劣化システムは、マルチホップネットワークに適用したものである。図４において、本発明の第３実施形態に係る無線品質劣化システムは、無線品質の監視サービスを受ける複数の無線端末１２，１３、１４と、将来位置予測手段２００、電波伝版推定手段２０１、及び品質劣化予測手段２０２からなる監視サーバ２２とから構成されている。

図４に示す実施形態では、無線端末１２、１３、１４はマルチホップネットワークを構成しており、それぞれ無線端末間で無線の中継処理を行うことが可能である。無線端末１１の機能、監視サーバ２２の機能は図１に示した本発明の第1実施形態と同様である。
監視サーバ２２は、将来位置予測手段２００と、波伝搬推定手段２０１と、質劣化予測手段２０２とを有している。

将来位置予測手段２００は、複数の無線端末１２、１３、１４の移動履歴を同時に受信し、これらの各無線端末の将来位置を予測する。
電波伝搬推定手段２０１は、複数の無線端末１２、１３、１４の各々の将来位置に基づいてサービス対象エリアの無線品質を電波伝搬シミュレータを用いて推定する。

品質劣化予測手段２０２は、複数の無線端末１２、１３、１４の各々の将来位置における無線品質の劣化を予測し、無線品質劣化の警告を各無線端末１２、１３、１４に送信する。無線端末１２〜１４の構成、機能は同一であるので、説明を省略する。

本発明の第3の実施の形態においては、監視サーバ２２における将来位置予測手段２００が同時に複数の無線端末１２、１３、１４の移動履歴を受信し、それぞれの将来位置に基づき、監視サーバ２２における電波伝搬推定手段２０１がマルチホップネットワークの無線信号が到達可能な範囲を推定する。

したがって、本発明の第3の実施の形態によれば、複数の無線端末の位置に応じてサービスエリアが変化するため、将来の時点におけるマルチホップネットワークのサービスエリア品質を推定可能となり、各無線端末に対して品質劣化警告を発することができる。

本発明によれば、無線通信網における無線品質の劣化を予測する品質管理の用途に適用できる。

本発明の第１実施形態に係る無線品質劣化予測システムの構成を示すブロック図。図１に示した本発明の第１実施形態に係る無線品質劣化予測システムにおける品質劣化予測手段の動作を示すフローチャート。本発明の第２実施形態に係る無線品質劣化予測システムの構成を示すブロック図。本発明の第３実施形態に係る無線品質劣化予測システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

１０〜１４…無線端末、２０、２１、２２…監視サーバ、３０…無線網、１００…測位手段、１０１…通信手段、１０２…ユーザ通知手段、１０３、２００…将来位置予測手段、１０４…電波伝搬推定結果保持手段、２０１…電波伝搬推定手段、１０５、２０２…品質劣化予測手段

Claims

無線端末が通信の中継を行うマルチホップネットワークにおいて、
無線品質の監視サービスを受ける複数の無線端末と、
前記複数の無線端末の移動履歴を同時に受信し、各無線端末の将来位置を予測する将来位置予測手段と、
前記複数の無線端末の各々の前記将来位置に基づいてサービス対象エリアの無線品質を電波伝搬シミュレータを用いて推定する電波伝搬推定手段と、
前記複数の無線端末の各々の前記将来位置における無線品質の劣化を予測し、当該複数の無線端末が提供するサービスエリアの無線品質劣化の警告を当該複数の無線端末に送信する品質劣化予測手段とを備えた監視サーバとを有することを特徴とする無線品質劣化予測システム。