JP5348696B2 - 無線端末 - Google Patents

Description

本発明は無線端末に係り、特に、無線リソースに余裕のある時間帯に通信時刻を動的に設定し、非リアルタイム系のデータトラヒックを時分割で効率的に送受信する無線端末に関する。

現在、Webの閲覧、ストリーミングビデオの送受信、電子メールの送受信、巨大ファイルの送受信など、多種多様なデータトラヒックの送受信が無線式のデータ通信端末で行われている。特許文献１および非特許文献１には、データトラヒックに対するリアルタイム性の要求の程度に着目し、高いリアルタイム性が要求されるデータトラヒックには高い優先順位を設定して優先的に無線リソース（時間、周波数、電力）を割り当る技術が開示されている。換言すれば、これらの先行技術では、リアルタイム性を全く要求されないデータトラヒックであっても、低い優先度ではあるが無線リソースが必ず割り当てられるので無線リソースが消費されることになる。

このように、データトラヒックに優先順位を設定して無線リソースを割り当てる技術では、ネットワークの状況にかかわらず全てのデータトラヒックに対して優先度に応じた無線リソースが必ず割り当てられるので、ネットワークが輻輳している状態下であっても、リアルタイム性を全く要求されないデータトラヒックにも相応の無線リソースが割り当てられてしまう。このため、無線アクセスネットワークを運用するオペレータ（通信事業者）の観点からは、輻輳時にもかかわらずリアルタイム性の要求されない不急のデータトラヒックまでも収容しなければならず、リアルタイム性が要求される他のデータトラヒックに割り当てたい無線トラヒックが無駄に消費されてしまうことになって好ましくない。

また、無線アクセスネットワークを利用するユーザの観点からも、リアルタイム性が要求されるアプリケーションのユーザに割り当てられても良いはずの無線リソースが、リアルタイム性を要求されないアプリケーション、すなわち"いつかダウンロードが完了すればよい"程度の不急のアプリケーションのユーザに割り当てられることになって余り納得がいかない。また、リアルタイム性を要求しないアプリケーションのユーザが、リアルタイム性と引き換えに安価な通信料金を望むことも考えられる。このような技術課題に対して、本発明の発明者等は、リアルタイム性の要求されないデータトラヒックを、無線リソースに余裕のある閑散時間帯を利用して時分割で送受信するシステムを発明し、特許出願した（特許文献２）。

しかしながら、無線リソースの混雑度には地理的な依存性があり、ビジネス街などでは一般的な就業時間帯（例えば、８時〜１９時）の混雑度が高い一方、住宅街などでは就業時間帯後から深夜にかけて混雑度が高くなる傾向がある。したがって、ビジネス街で就労して住宅街に帰宅するユーザにとっては深夜から朝方に欠けての時間帯が閑散時間帯となり、また住宅街を拠点に活動するユーザにとっては、さらに一般的な就業時間帯が閑散時間帯となる。このように、無線リソースの混雑度はユーザの行動様式や基地局の地理的状況に応じて全く異なるので、無線リソースの閑散時間帯を予め固定的に設定することは難しい。

一方、個々のユーザに着目すると、各ユーザは２４時間の周期で同様の行動様式を繰り返すことが多いので、ユーザ単位では無線リソースの変化に２４時間周期の日変動が観測される場合が多い。したがって、この周期性を考慮して無線リソースの混雑度を推定できれば、非リアルタイム系の通信時刻を最適化できる。

そこで、本発明の発明者等はさらに、非リアルタイム系のデータトラヒックを無線リソースに余裕のある時間帯を利用して送受信するシステムにおいて、無線リソースの混雑度に関する日変動を考慮し、周期的な利用を前提に混雑度を呼損率（回線接続に失敗した割合）あるいは呼成功率に基づいて自律分散的に学習し、通信時刻を動的に設定できる無線端末を発明し、特許出願した（特許文献３）。

特開２００３−１６９３６３号公報 特願２００９−７０４５６号 特願２０１０−６４１００号

"Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 8:Medium Access Control(MAC) Quality of Service Enhancements," IEEE Std.802.11e,2005

上記の特許文献３では、以下のような技術課題があった。

(1)混雑度の高い時間帯の通信を、混雑度の低い時間帯に振り分けることで、通信が混雑度に応じて分散されるが、基本的に混雑度の低い時間帯には混雑度の高い時間帯から均等に通信が振り分けられるので、通信時刻を混雑度に応じて正確に分散させることが難しい。

(2)無線リソースの混雑度が呼損率等で代表されるが、呼損率等だけでは無線リソースの混雑度を正確に判別することが難しい。

(3)混雑度は、呼損率等と所定の閾値との大小関係に基づいて判別されるが、閾値のチューニングが難しいために混雑度を正確に判別することができない。また、閾値を超えた時間帯は一律に同一の混雑度と見なされるので、混雑時間帯間で混雑度を比較できない。

(4)混雑度の判定に所定の学習期間を設け、この学習期間での学習結果に基づいて通信の時間帯が見直されるので、混雑状況が短時間で変化する環境下では応答遅れが生じる。

(5)混雑度の高い時間帯の通信を混雑度の低い時間帯に振り分ける際、各時間帯での通信回数に上限値や下限値を設定することができないので、通信が一部の時間帯に集中して振り分けられてしまい、他の無線端末でも同様の振り分けが実行されると、混雑度の低かった時間帯が次の周期では混雑してしまう場合がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を全て解決し、非リアルタイム系のデータトラヒックを無線リソースに余裕のある時間帯を利用して送受信するシステムにおいて、無線リソースの混雑度に関する日変動を考慮し、周期的な利用を前提に混雑度を通信の都度見直し、混雑度を確率で代表して通信を自律的に分散させる無線端末を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、混雑度のより低い時間帯により多くの通信機会を割り当ててデータ通信を分散的に行う無線端末において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。

(1)所定の一周期を複数の時間帯に分割し、その一部を通信許可帯に設定する手段と、一周期あたりの通信回数に基づいて各通信許可帯に通信機会を割り当てる手段と、各通信許可帯において、前記割り当てられた各通信機会の時刻を決定する手段と、前記各通信機会で通信を実行し、その通信ログを記録する手段と、前記通信ログに基づいて、各通信許可帯の接続容易性Mを推定する手段と、前記接続容易性のより高い通信許可帯に、より多くの通信機会が割り当てられるように、各通信許可帯に割り当てる通信回数を見直す手段とを具備し、各通信許可帯では、前記見直された通信回数だけ通信が実行され、これが繰り返されるようにした。

(2)接続容易性Mを推定する手段は、各通信許可帯の接続容易性を、その一周期分の総和が「１」となる比率として求め、通信回数を見直す手段は、今回の周期の各通信許可帯で消費された各通信機会を、次回以降の周期の各通信許可帯のいずれかに、その接続容易性の比率に応じた確率で割り当てるようにした。

(3)通信回数を見直す手段は、今回の周期の各通信許可帯で１回分の通信機会が消費されるごとに、当該一回分の通信機会を次回以降の周期の各通信許可帯のいずれかに、その接続容易性の比率に応じた確率で割り当てるようにした。

(4)各通信許可帯の接続容易性が、当該通信許可帯で実施された通信の呼損率や呼成功率、およびスループットに基づいて推定されるようにした。

(5)スループットが所定の下限値を下回るか、あるいは通信時の回線保留時間や転送済みデータ通信量が上限値を上回ると通信が強制終了されるようにした。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1)通信が終了する毎に、各通信許可帯の最新の接続容易性Mに基づいて、消費された通信機会が次の周期で割り当てられる通信許可帯が決定されるので、接続容易性Mのより高い時間帯をより多く利用した、効率的かつ混雑に対する応答性に優れた通信が可能になる。

(2)各通信許可帯の接続容易性Mは、その一周期分の総和が「１」となる比率として求められるので、消費された通信機会を、次の周期では接続容易性のより高い時間帯により高い確率で割り当てられるようになる。したがって、通信機会を混雑度に応じて正確に各通信許可帯へ分散させることが可能になる。

(3)通信回数を見直す手段は、今回の周期の各通信許可帯で１回分の通信機会が消費されるごとに、当該一回分の通信機会を次回以降の周期の各通信許可帯のいずれかに割り当てるので、混雑状況が短時間で変化する環境下でも応答遅れを小さくできる。

(4)各通信許可帯の接続容易性が、通信の呼損率や呼成功率のみならずスループットも考慮して推定されるので、通信リソースの混雑状況をより正確に推定できるようになる。

(5)スループットが低下したり、あるいは通信時の回線保留時間や転送済みデータ通信量が増大したりすると通信が強制終了されるので、スループットが低下した非効率な通信、通信リソースを長時間にわたって占有する通信、あるいは大量のデータを送受する通信を排除し、一部のユーザに有限の通信リソースが占有される無駄を防止できるようになる。

本発明に係る無線端末の構成を示した機能ブロック図である。 通信時刻決定モジュールの構成を示したブロック図である。 通信時刻の割り当て、および見直し方法を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態の動作を示したフローチャートである。 接続後通信制御の手順を示したフローチャートである。 通信回数見直し処理の手順を示したフローチャートである。 許可帯識別子kの物理的な意味を説明するための図である。 式(3)の計算結果の一例を示した図である。 通信機会の割当方法を模式的に表現した図（その１）である。 通信機会の割当方法を模式的に表現した図（その２）である。 本発明の第２実施形態の動作を示したフローチャートである。 通信スケジュール修正処理の手順を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る無線端末の構成を示した機能ブロック図であり、ここでは、本発明の説明に不要な構成は図示が省略されている。

回線接続制御モジュール１１は、通信時刻決定モジュール１２から通知される通信時刻において通信機能モジュール１３へ回線接続の要求を送信する。通信機能モジュール１３は、前記回線接続要求に応答して回線接続処理を進め、回線接続の成否やスループットをログデータとして前記回線接続モジュール１１へ通知する。前記回線接続モジュール１１は、前記通知されたログデータをログデータベース１４へ通知する。

前記ログデータベース１４は、通知されたログデータを記録する。通信時刻決定モジュール１２は、前記ログデータベース１４から読み出したログデータに基づいて通信時刻の見直しを実施し、見直し後の通信時刻を前記回線接続制御モジュール１１へ通知する。

図２は、前記通信時刻決定モジュール１２の構成を示したブロック図であり、図３は、通信時刻の初期設定方法およびログデータに基づく通信時刻の見直し方法を模式的に表現した図である。

図２において、通信許可帯設定部１２ａは、無線端末ごとに所定の一周期（例えば、２４時間）の開始点をランダム設定した後、当該一周期を等分割し、その一部を通信が許可される通信許可帯pに設定する。各無線端末において一周期をランダムに等分割する周期は必ずしも同期せず、図３(a)に示した無線端末Aにように、正時を基準にして８分割される場合もあれば、同図(b)に示した無線端末Bのように、正時からΔtだけずれた時刻を基準にして８分割される場合もある。そして、無線端末Aでは、図３(c)に示したように３つの時間帯P1，P4，P7が通信許可帯pに設定され、無線端末Bでは、図３(d)に示したように３つの時間帯P2，P5，P8が通信許可帯pに設定されている。

通信回数割当部１２ｂは、各無線端末に予め割り当てられている一周期当たりの総通信回数nを各通信許可帯pに割り当てる。通信時刻決定部１２ｃは、通信許可帯pごとに前記割り当てられた通信回数分の通信時刻をランダムに決定する。例えば、図３(e)に示したように、無線端末Aでは通信許可帯p1に３回の通信機会が割り当てられ、通信許可帯p2に２回の通信機会が割り当てられ、通信許可帯p3に３回の通信機会が割り当てられ、各通信許可帯内での各通信機会の時刻はランダムに決定される。

各通信機会には所定の時間幅を設けることができ、接続に失敗しても当該時間幅内であれば再接続が許可されるようにしても良い。また、本実施形態では各周期内に接続禁止時間帯（NG帯）を設定することが可能であり、図３(f)に示したように、NG帯を含む通信許可帯は、その開始タイミングおよび／または終了タイミングが、前記NG帯の時間幅に相当する時間だけ前後に拡張される。さらに、前記NG帯は、図３(g)に示したように各通信機会の時間幅内にも設定することができ、この場合も各通信機会の時間幅が、前記NG帯の時間幅に相当する時間だけ前後に拡張される。

なお、通信機会は全ての通信許可帯に必ず割り当てられる必要はなく、図３(h)に示したように、通信機会が全く割り当てられない通信許可帯（ここでは、p2）が存在しても良い。さらに、一周期あたりの総通信回数nは無線端末ごとに可変であっても良く、例えば契約しているサービスの内容や料金に応じて総通信回数を異ならせることにより、ユーザの要求や料金に見合ったサービスを提供できるようになる。

図２へ戻り、混雑度計測部１２ｄは、各通信時刻における呼損率やスループットを無線リソースの混雑度を代表する指標として計測する。接続容易性推定部１２ｅは、前記呼損率やスループに基づいて、後に詳述する接続容易性Mを、接続のし易さを代表する指標として通信許可帯ごとに推定する。通信回数見直部１２ｆは、前記接続容易性Mに基づいて、図３(i)に一例を示したように、今回の周期で各通信許可帯pに割り当てられている通信機会の少なくとも一部が、次の周期では接続容易性Mのより高い（すなわち、混雑度のより低い）通信許可帯に、より高い確率で割り当てられるように、各通信許可帯に割り当てる通信回数を見直す。

次いで、図４のフローチャートを参照して本発明の一実施形態の動作を詳細に説明する。ステップＳ１では、通信時刻決定モジュール１２において、所定の一周期（本実施形態では、２４時間）がランダムに等分割されて各時間帯の区切り[図３(a)，(b)]が設定され、さらに前記通信許可帯設定部１２ａにより、一部（N個）の時間帯Pxが通信許可帯pに設定[図３(c)，(d)]される。ステップＳ２では、前記通信回数割当部１２ｂにより、前記各通信許可帯にn回分の通信機会が割り当てられる。

ステップＳ３では、前記通信時刻決定部１２ｃにより、各通信許可帯pに割り当てられた通信機会数分の通信時刻がランダムに決定される[図３(e)]。決定されたn回分の通信時刻は回線接続制御モジュール１１へ通知される。ステップＳ４では、回線接続制御モジュール１１において、前記通知された通信時刻が現在時刻と比較され、通信時刻を迎えると、ステップＳ５へ進んで回線接続要求を通信機能モジュール１３へ送信する。

通信機能モジュール１３は、この回線接続要求に応答して、予め登録されている宛先を対象に所定の呼接続処理を実行する。ステップＳ６では、呼接続に成功したか否か判定され、成功していればステップＳ７へ進んで接続後通信制御が実行される。成功していなければステップＳ１１へ進み、タイムアウト前と判定されればステップＳ５へ戻り、タイムアウトと判定されれば呼損としてステップＳ８へ進む。

図５は、前記接続後通信制御の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ３１では、接続保留時間Tcの計時が開始される。ステップＳ３２では、無線トラヒックの混雑度を計測する割込タイミングであるか否かが判定される。割込タイミングであればステップＳ３３へ進み、上り方向の瞬時スループットS_Fおよび下り方向の瞬時スループットS_Rがそれぞれ計測される。この瞬時スループットS_F，S_Rは、前記割込タイミングごとに繰り返し計測される、今回の通信機会に関する瞬時スループットである。

ステップＳ３４では、前記各瞬時スループットS_F，S_R、の履歴に基づいて、今回の通信機会における上り方向の平均スループットm_Fおよび下り方向の平均スループットm_R（以下、通信機会平均スループットと表現する）がそれぞれ計測される。この通信機会平均スループットm_F，m_Rは、今回の通信機会に関して、最初の割込タイミングから最新の割込タイミングまでに得られた瞬時スループットS_F，S_Rに基づいて、例えばその指数平滑化移動平均として求められ、後述のステップＳ３８において、スループットの低下を理由に今回の通信機会における通信を切断するか否かの判断指標として利用される。

ステップＳ３５では、前記各通信機会平均スループットm_F，m_Rに基づいて、上り方向の通信量λ_Fおよび下り方向の通信量λ_Rがそれぞれ算出される。なお、データ通信量を前記通信機会平均スループットm_F，m_Rから求めるのではなく、データ量そのものを計測して求めるのであれば、前記ステップＳ３１における接続保留時間Tcの計時開始と同時に上り方向の通信量λ_Fおよび下り方向の通信量λ_Rの測定を開始すれば良い。

ステップＳ３６では、今回の通信が完了条件を満足しているか否かが判定される。本実施形態では、通信の保留時間Tcが上限値Tc_maxを越えるか、上り方向の通信量λ_Fが上限値λ_F_maxを越えるか、あるいは下り方向の通信量λ_Rが上限値λ_R_maxを越えると、完了条件が満足されたと判断されてステップＳ３９へ進み、所定の切断処理が実行されて通信が正常終了する。完了条件が満足されていなければステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３７では、ユーザに約束した最低保障条件が満足されているか否かが判定される。本実施形態では、(1)通信の保留時間Tcが下限値Tc_minを上回る、(2)上り方向の通信量λ_Fが下限値λ_F_minを上回る、(3)下り方向の通信量λ_Rが下限値λ_R_minを上回る、の３条件のいずれか、または全てが成立すれば、最低保障条件が満足されたと判定されてステップＳ３８へ進み、それ以外であればステップＳ３２へ戻って通信が継続される。

ステップＳ３８では、無線トラヒックが深刻な混雑状況にあるか否かが判定される。本実施形態では、前記上り方向の通信機会平均スループットm_Fが基準スループットm_F_refを下回っているか、あるいは前記下り方向の通信機会平均スループットm_Rが基準スループットm_R_refを下回っていると、無線トラヒックが深刻な混雑状況にあると判定されてステップＳ３９へ進み、所定の切断処理が実行されて通信が強制終了される。それ以外であれば、ステップＳ３２へ戻って通信が継続される。

ステップＳ４０では、今回の通信結果に基づいて呼成功率ｒ（呼損率の補数）が算出される。本実施形態では、呼損時を「０」、呼成功時を「１」とし、今回の通信機会が割り当てられている現在の通信許可帯piにおいて既に終了した各通信機会の通信結果に基づいて、例えばその指数平滑化移動平均として、当該現在の通信許可帯の呼成功率ｒが算出、更新される。

ステップＳ４１では、今回の通信機会が割り当てられている現在の通信許可帯pに関して、その上り方向の平均スループットμ_Fおよび下り方向の平均スループットμ_R（以下、通信許可帯平均スループットと表現する）が、現在の通信許可帯pに割り当てられて既に終了した各通信機会で求められた各通信機会各平均スループットm_F，m_Rに基づいて、例えばその指数平滑化移動平均として求められる。

図４へ戻り、ステップＳ８では、今回の通信に関して通信結果（呼損および通信の終了形態）、保留時間Tcおよび通信許可帯平均スループットμ_F，μ_Rの各ログデータが、通信ログとして前記通信機能モジュール１３から回線接続制御モジュール１１を中継してログデータベース１４に記録される。

ステップＳ９では、前記記録された通信ログに基づいて、通信許可帯pごとの接続の容易性を一周期内での確率値で表す接続容易性Mが次式(1)により算出される。すなわち、本実施形態ではいずれの周期でも全通信許可帯の接続容易性Mの総和は「１」となる。

ここで、符号w1，w2，w3は、それぞれ混雑度の指標となる呼成功率r、上り通信許可帯平均スループットμ_Fおよび下り通信許可帯平均スループットμ_Rの重み係数である。符号max_upおよびmax_downは、それぞれ上りスループットの最大値および下りスループットの最大値である。符号iは、所定の絶対時刻からの経過時間が、予め前記絶対時刻を基準に設定された各通信許可帯pの時間幅に達するごとにインクリメントされて当該通信許可帯pに割り当てられる識別子（序数）である。Nは、一周期あたりの通信許可帯数である。したがって、一周期あたりの通信許可帯数Nが４であれば、今回を含む直近の４つの通信許可帯pj，pj+1，pj+2およびpj+3の接続容易性M(j)，M(j+1)，M(j+2)，M(j+3)が、その総和が「１」となる確率値として、それぞれの通信ログに基づいて算出、更新されることになる。

ステップＳ１０では、前記一周期分の接続容易性Mに基づいて、各通信許可帯pに割り当てる通信回数の見直しが行われる。ここでは、直前に消費された今回の通信機会が次の周期で割り当てられる通信許可帯pが決定される。

図６は、前記通信回数見直し処理の手順を示したフローチャートである。ステップＳ５１では、現在の通信許可帯（すなわち、直前に消費された通信機会が割り当てられている通信許可帯）pjの通信回数C[j]が、当該消費された通信機会の分だけデクリメント（マイナス「１」）される。ステップＳ５２では、０＜rand≦１の一様乱数randが発生される。ステップＳ５３では、直前に消費された今回の通信機会が次回以降の周期で割り当てられる通信許可帯pを特定する許可帯識別子k（k＝０〜N−１）が、前記接続容易性Mに基づいて、次式(2)を満足する最小値(min k)として算出される。

図７は、前記許可帯識別子kの物理的な意味を説明するための図であり、ここでは、一周期に４つの通信許可帯が設定される場合（N＝４）を例にして説明する。

同図(a)は、今回を含む直前の一周期分の通信許可帯pj（j=０，１，２，３）における接続容易性M[j]が、それぞれM[0]＝０．１０，M[1]＝０．１５，M[2]＝０．２５，M[3]＝０．５０である状態を模式的に表現し、同図(b)は、M[0]＝０．５０，M[1]＝０．２５，M[2]＝０．１５，M[3]＝０．１０である状態を模式的に表現している。

接続容易性Mのより高い通信許可帯に、より高い確率で通信機会が割り当てられるようにするためには、同図(a)であれば、接続容易性M[0]の通信許可帯C[0]には１０％の確率で通信機会が追加され、接続容易性M[2]の通信許可帯C[2]には２５％の確率で通信機会が追加されるようにしたい。

ここで、同図(a)において、接続容易性M[0]の通信許可帯C[0]に通信機会が追加される確率は、上式(2)において乱数randが０＜rand≦０．１０となって許可帯識別子kが「０」となる確率と同じ１０％なので、許可帯識別子kが「０」のときは通信許可帯C[0]に通信を割り当てれば良い。また、接続容易性M[2]の通信許可帯C[2]に通信機会が追加される確率は、上式(2)において乱数randが０．２５＜R≦０．５０となって許可帯識別子kが「２」となる確率と同じ２５％なので、許可帯識別子kが「２」のときは通信許可帯C[2]に通信を振り分ければ良い。

同様に、同図(b)であれば、接続容易性M[0]の通信許可帯C[0]に通信機会が追加される確率は、上式(2)において乱数randが０＜rand≦０．５０となって許可帯識別子kが「０」となる確率と同じ５０％なので、許可帯識別子kが「０」のときは通信許可帯C[0]に通信を振り分ければ良い。また、接続容易性M[2]の通信許可帯C[2]に通信機会が追加される確率は、上式(2)において乱数randが０．７５＜rand≦０．９０となって許可帯識別子kが「２」となる確率と同じ１５％なので、許可帯識別子kが「２」のときは通信許可帯C[2]に通信を振り分ければ良い。

以上のようにして、直前に消費された通信機会を次の周期で振り分ける通信許可帯を特定する許可帯識別子kが求まるとステップＳ５４へ進み、現在の通信許可帯pj、一周期に設定される通信許可帯の数Nおよび前記許可帯識別子kを次式(3)に適用することで、前記直前に消費された通信機会がいずれかの通信許可帯に振り分けられ、その通信回数が更新される。

図８は、上式(3)の計算結果の一例を示した図であり、図９は、上式(3)に基づく通信機会の割当方法を模式的に表現した図である。

本実施形態では、現在の通信許可帯pを含む将来の２周期分に相当する計2N（本実施形態では、８つ）の通信許可帯に割り当てられる通信機会が変数C[j]（j＝０〜７）で管理されている。ここでは、図９(a)に示したように、現在の通信許可帯に割り当てられた通信回数C[0]が２回、次の通信許可帯に割り当てられた通信回数C[1]が３回、更に次の通信許可帯に割り当てられた通信回数C[2]が１回、更に次の通信許可帯に割り当てられた通信回数C[3]が３回である状態から説明を始める。

今回の通信許可帯で１回目の通信機会[1]が消費されると、前記ステップＳ５１において、同図(b)に示したようにC[0]がデクリメントされて「１」になり、当該通信が前記ステップＳ５３で算出された許可帯識別子k（ここでは、k＝０とする）で識別される通信許可帯に割り当てられ、その通信回数C[4]がインクリメントされて「１」となる。

その後、当該処理は図４のステップＳ４へ戻り、今回の通信許可帯で２回目の通信機会が訪れるとステップＳ５以降へ進み、上記と同様の処理が繰り返されて通信が実行される。ステップＳ９では、前記接続容易性Mが更新される。

前記２回目の通信が完了すると、同図(c)に示したように、前記ステップＳ５１において、C[0]がデクリメントされて「０」になり、当該通信機会が前記ステップＳ５３で算出された許可帯識別子k（ここでは、k＝３とする）で識別される通信許可帯に割り当てられ、その通信回数C[7]がインクリメントされて「１」となる。

以下同様に、次の通信許可帯でも、図９(d)，(e)，(f)に示したように、割り当てられている３回分の通信機会が消費されるごとに、その通信回数C[1]がデクリメントされ、各通信機会が、それぞれ許可帯識別子k（ここでは、それぞれk＝０，０，１）に対応した通信許可帯に割り当てられ、その通信回数C[5]，C[5]，C[6]がインクリメントされる。

次の通信許可帯でも、図９(g)に示したように、割り当てられている１回分の通信機会が消費されると、その通信回数C[2]がデクリメントされ、その通信機会が許可帯識別子k（ここでは、それぞれk＝０）に対応した通信許可帯に割り当てられ、その通信回数C[6]がインクリメントされて「２」となる。

次の通信許可帯でも、図９(h)，(i)に示したように、割り当てられている２回分の通信機会が消費されるごとに、その通信回数C[3]がデクリメントされ、各通信機会が、それぞれ許可帯識別子k（ここでは、それぞれk＝０，３）に対応した通信許可帯に割り当てられ、その通信回数C[7]，C[2]がインクリメントされる。

以上のようにして一周期分の通信および割当が完了した後も、次の通信許可帯では、図９(j)に示したように、割り当てられている１回分の通信機会が消費されると、その通信回数C[4]がデクリメントされ、消費された通信機会が許可帯識別子k（ここでは、それぞれk＝１）に対応した通信許可帯に割り当てられ、その通信回数C[1]がインクリメントされる。

本実施形態によれば、各通信許可帯で通信機会が消費される毎に、直近の一周期分の通信許可帯の最新の接続容易性Mに基づいて、当該消費された通信機会を次の周期で実行する通信許可帯が選択されるので、混雑度に素早く応答しながら、接続容易性のより高い時間帯を利用して通信を行えるようになる。

なお、各通信許可帯に割り当てる通信回数に下限値を設定する場合には、各通信許可帯の通信回数が下限値を下回らないように見直しが行われる。図１０は、下限値が「１」に設定されている場合の見直し方法を模式的に表現した図であり、全ての通信許可帯に少なくとも１回分の通信機会が割り当てられている。なお、各通信許可帯に割り当てる通信機会に上限値を設定する場合には、各通信許可帯の通信機会が上限値を上回らないように見直しが行われる。

さらに、上記の実施形態では、１回分の通信機会が消費される毎に、当該消費された通信機会が接続容易性Mに応じた確率でいずれかの通信許可帯に割り当てられるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、接続容易性Mが上位n_bestの通信許可帯のみに、その接続容易性Mに応じて割り当てられるようにしても良い。ただし、この場合には上位n_bestの通信許可帯のみを対象に前記接続容易性Mを再計算する必要がある。

なお、上記の実施形態では、例えば通信端末の電源がオフされ、複数の通信許可帯が経過した後で再びオンされると、電源のオフからオンまでの不通期間では通信機会が消費されず、したがって各通信許可帯の通信回数も見直されなくなる。したがって、当該再オンされたタイミングでは、前記オフされた時点での通信スケジュール（C[0]〜C[7]）で通信が再開されることになる。しかしながら、この再オン時に採用される、前記電源オフされたタイミングでの通信スケジュール（C[0]〜C[7]）は、前記通信端末の電源がオフされずに通信がスケジュール通りに実行されていれば同タイミングで得られたであろう、最適化された通信スケジュールとは異なっている可能性が高い。なお、このような不通期間は、端末の電源がオフされる場合に限らず、端末が無線のカバレッジ外へ移動した場合にも生じ得る。

そこで、図１１に示した第２実施形態では、ステップＳ４の直前に通信スケジュールを修正す処理（ステップＳ３ａ）を追加し、電源の再オン後も最適な通信スケジュールで通信を再開できるようにしている。

図１２は、前記ステップＳ３ａで実行される通信スケジュール修正処理の手順を示したフローチャートであり、ここでは、電源オフにより損なわれた通信スケジュールの修正を例にして説明する。

ステップＳ７１において、通信機会が失われた通信が有ると判定されると、ステップＳ７２では、最後の通信から現在までに一周期（本実施形態では、２４時間）以上が経過しているか否かが判定される。経過していなければステップＳ７３へ進み、電源オフにより失われた通信機会が最新（電源オフ直前）の接続容易性M[0]〜M[3]に基づいて見直される。すなわち、通信が実行されなかった各通信機会で通信が行われ、前記最新の接続容易性M[0]〜M[3]に基づいて通信機会の割り当が行われたと仮定して通信スケジュール（C[0]〜C[7]）が更新される。

これに対して、最後の通信から一周期以上が経過しているとステップＳ７４へ進み、全ての通信スケジュール（C[0]〜C[7]）が前記最新（電源オフ直前）の接続容易製M[0]〜M[3]に基づいて再設定される。

１１…回線接続制御モジュール，１２…通信時刻決定モジュール，１２ａ…通信許可帯設定部，１２ｂ…通信回数割当部，１２ｃ…通信時刻決定部，１２ｄ…混雑度計測部，１２ｅ…接続容易性推定部，１２ｆ…通信回数見直部，１３…通信機能モジュール，１４…ログデータベース

Claims (10)

1. 混雑度のより低い時間帯により多くの通信機会を割り当ててデータ通信を自律分散的に行う無線端末において、
   所定の一周期を複数の時間帯に分割し、その一部を通信許可帯に設定する手段と、
   一周期あたりの通信回数に基づいて各通信許可帯に通信機会を割り当てる手段と、
   各通信許可帯において、前記割り当てられた各通信機会の時刻を決定する手段と、
   前記各通信機会で通信を実行し、その通信ログを記録する手段と、
   前記通信ログに基づいて、各通信許可帯の接続容易性を推定する手段と、
   前記接続容易性のより高い通信許可帯に、より多くの通信機会が割り当てられるように、各通信許可帯の通信回数を見直す手段とを具備し、
   前記接続容易性を推定する手段は、各通信許可帯の接続容易性を、その一周期分の総和が「１」となる比率として求め、
   前記通信回数を見直す手段は、今回の周期の各通信許可帯で消費された各通信機会を、次回以降の周期の各通信許可帯のいずれかに、その接続容易性の比率に応じた確率で割り当て、
   各通信許可帯では、前記見直された通信回数の通信機会で通信が実行され、これが繰り返されることを特徴とする無線端末。
2. 前記通信回数を見直す手段は、今回の周期の各通信許可帯で１回分の通信機会が消費されるごとに、当該一回分の通信機会を次回以降の周期のいずれかの通信許可帯に、その接続容易性の比率に応じた確率で割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
3. 前記接続容易性を推定する手段は、前記接続容易性が上位の一部の通信許可帯のみを対象に、各通信許可帯の接続容易性を、その一周期分の総和が「１」となる比率として求め、
   前記通信回数を見直す手段は、今回の周期の各通信許可帯で消費された各通信機会を、次回以降の周期の前記一部の通信許可帯のいずれかに、その接続容易性の比率に応じた確率で割り当てることを特徴とする請求項１または２に記載の無線端末。
4. 各通信許可帯には通信回数の最大値が設定され、前記通信回数を見直す手段は、前記最大値を上回らない範囲内で各通信許可帯に通信機会を割り当てることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無線端末。
5. 各通信許可帯には通信回数の最小値が設定され、前記通信回数を見直す手段は、前記最小値を下回らない範囲内で各通信許可帯に通信機会を割り当てることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の無線端末。
6. 各通信許可帯の接続容易性が、当該通信許可帯で実施された通信の呼損率および呼成功率の一方ならびに平均スループットに基づいて推定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の無線端末。
7. 前記通信を実行する手段は、通信の保留時間が所定の上限時間を超えるか、または通信量が所定の上限量を超えると、現在の通信を終了することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の無線端末。
8. 前記通信を実行する手段は、通信の保留時間が最低保障時間を上回っているか、または通信量が最低保障量を上回っており、かつスループットが所定の下限値を下回ると、現在の通信を強制終了することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の無線端末。
9. 前記通信機会が消費されずに各通信許可帯の通信回数が見直されなかった不通期間を当該不通期間からの復帰後に検知する手段を具備し、
   前記通信回数を見直す手段は、各通信許可帯の通信回数を、当該不通期間で各通信機会が消費されて前記不通期間の直前で推定された接続容易性に基づいて通信回数の見直しが行われたものとして見直すことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の無線端末。
10. 前記通信回数を見直す手段は、前記不通期間が所定の基準期間を超えると、各通信許可帯の通信回数を、前記不通期間の直前で推定された接続容易性に基づいて、前記接続容易性のより高い通信許可帯に、より多くの通信機会が割り当てられるように再設定することを特徴とする請求項９に記載の無線端末。

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