JP5550119B2

JP5550119B2 - すき間通信方法およびその無線端末

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Publication number: JP5550119B2
Application number: JP2011022664A
Authority: JP
Inventors: 秀行小頭; 泰彦稗圃; 中村　　元
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-02-04
Also published as: JP2012165107A

Description

本発明は、各無線端末が無線のようなネットワークリソースに余裕のある閑散時間帯を自律分散的に探索して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すき間通信方法およびその無線端末に関する。

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）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）。

しかしながら、特許文献３には以下のような課題が残ることが新たに知見された。

(1)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で代表されるが、呼損率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。

(4)混雑度の判定に所定の学習期間が設けられ、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。

このような技術課題を解決するために、本発明の発明者等はさらに、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発明し、特許出願した（特許文献４）。

特開２００３−１６９３６３号公報特願２００９−７０４５６号特願２０１０−６４１００号特願２０１０−１８４９３１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４では、以下のような技術課題があった。

(1)無線リソースの日変動を考慮して無線リソースの混雑度が推定されるので、さらに短い周期（例えば、10分に1回など）で通信需要が発生する利用状況には適用が難しい。

(2)通信機会の間隔が無線リソースの混雑度に関する推定結果に基づいて変化するので、次の通信機会までの時間間隔が長くなり過ぎる場合があり、短い周期で通信需要が発生する利用状況には適用が難しい。

(3)制御方式が複雑になる傾向があるため、処理能力に制約がある簡易端末への実装が難しい。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、短い周期で通信需要が発生する利用状況に好適であり、かつ制御方式が簡便で処理能力に制約がある簡易端末への実装が容易なすき間通信方法およびその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、混雑度の低い閑散時間帯でデータ通信を自律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)待ち時間を設定する待ち時間設定手段と、前記待ち時間の周期でデータ通信を行うデータ通信実行手段と、前記データ通信の実績に基づいて無線リソースの混雑度を判定する混雑判定手段と、前記無線リソースの混雑度に応じて、今回のデータ通信を継続または次の周期まで中断させるデータ通信制御手段とを具備した。

(2)前記混雑判定手段は、データ通信のスループットを計測する手段を具備し、前記スループットが閾値を下回ると無線リソースの混雑度が高いと判定するようにした。

(3)前記混雑判定手段は、データ通信の成否を判定する手段を具備し、データ通信に失敗すると無線リソースの混雑度が高いと判定するようにした。

(4)前記待ち時間設定部が、乱数randを算出する手段と、前記乱数randを所定の関数に適用して前記待ち時間を算出する手段と、前記無線リソースの混雑度が高いと判定されてデータ通信が中断されると、前記乱数randに対する待ち時間が長くなるように前記関数を更新する手段とを具備した。

(5)前記待ち時間の周期で今回の乱数を算出する手段と、前記乱数を所定の通信規制条件と比較し、今回のデータ通信が規制対象であるか否かを判定する手段と、前記通信規制条件を見直す手段とをさらに具備し、前記データ通信実行手段は、今回のデータ通信が規制対象でないと判定されると今回のデータ通信を実行し、前記通信規制条件を見直す手段は、前記無線リソースの混雑度が高いと判定されてデータ通信が中断されると、前記通信規制条件を強化するようにした。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1)待ち時間の周期ごとにすき間通信が試行され、無線リソースが混雑していなければ通信が継続される一方、混雑していれば通信が中断されて次の周期まで待機状態となるので、日変動よりも短い間隔で通信需要が発生する場合でも、無線リソースに余裕のある閑散時間帯を利用した効率的なすき間通信を低い処理負荷で実現できるようになる。

(2)無線リソースの混雑度がすき間通信のスループットに基づいて判定され、スループットが高い閑散期以外はすき間通信が次の周期まで中断されるので、効率の低い無線接続によって有限の無線リソースが無駄に消費されてしまうことを防止できるようになる。

(3)無線リソースの混雑度がデータ通信の成否に基づいて判定され、データ通信が可能である限り、低スループットであってもすき間通信が継続されるので、データ通信が周期的に行われるが望ましい用途において、その要望を満足させられるようになる。

(4)待ち時間の周期ごとにすき間通信が試行され、無線リソースが混雑していなければ通信が継続される一方、混雑していれば通信が中断されて次の周期まで待機状態となると共に前記待ち時間が長くされるので、無線リソースが混雑している時間帯を避けてすき間通信を試行できるようになる。

(5)待ち時間の周期ごとに通信規制の対象であるか否かが判定され、規制対象外であればすき間通信が許可されて実施され、その際に無線リソースが混雑していれば前記通信規制が強化されるので、無線リソースが混雑している期間ですき間通信が試行されることによる更なる無線リソースの消費を抑制できるようになる。

本発明に係る無線端末１の主要部の構成を示した機能ブロック図である。本発明の第１実施形態に係る無線端末１ａの機能ブロック図である。第１実施形態の動作を示したフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る無線端末１ｂの機能ブロック図である。第２実施形態の動作を示したフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る無線端末１ｃの機能ブロック図である。第３実施形態の動作を示したフローチャートである。本発明の第４実施形態に係る無線端末１ｄの機能ブロック図である。第４実施形態の動作を示したフローチャートである。本発明の第５実施形態に係る無線端末１ｅの機能ブロック図である。第５実施形態の動作を示したフローチャートである。本発明の第６実施形態に係る無線端末１ｆの機能ブロック図である。第６実施形態の動作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形態を詳細に説明する。本発明の無線端末は、混雑度の低い閑散時間帯でデータ通信を自律分散的に行うことを特徴としている。

図１は、本発明に係る無線端末１の主要部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、待ち時間設定モジュール１２から通知される待ち時間τの周期ごとに通信実行モジュール１３へデータ通信を要求する。通信実行モジュール１３は、前記データ通信要求に応答して回線接続処理およびデータ通信処理を実行し、データ通信の実績を混雑判定モジュール１４へ通知する。混雑判定モジュール１４は、前記データ通信の実績に基づいて無線リソースの混雑度を判定し、判定結果を回線接続制御モジュール１１へ通知する。前記回線接続制御モジュール１１は、前記通知された混雑度に応じて、前記通信実行モジュール１３によるデータ通信（すき間通信）を継続、または次の周期まで中断させる。

本発明によれば、待ち時間の周期ごとにすき間通信が試行され、無線リソースが混雑していなければ通信が継続され、混雑していれば通信が中断されて次の周期まで待機状態となるので、日変動よりも短い間隔で通信需要が発生する場合でも、無線リソースに余裕のある閑散時間帯を利用した効率的なすき間通信を、低い処理負荷で行えるようになる。

[実施例１]
図２は、本発明の第１実施形態に係る無線端末１ａの構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、混雑判定モジュール１４がスループット計測部１４１を具備し、無線リソースの混雑度がデータ通信のスループットに基づいて判定されるようにした点に特徴がある。

図３は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ１０１では、前記待ち時間設定モジュール１２において、周期τ1の待ち時間が経過したか否かが判定される。本実施形態では、待ち時間τが６０秒程度に設定されており、待ち時間τが経過していれば、すき間通信のタイミングと判定されてステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、前記待ち時間設定モジュール１２から回線接続制御モジュール１１へ、すき間通信のタイミングである旨が通知され、回線接続制御モジュール１１は、この通知に応答して通信実行モジュール１３へデータ通信を要求する。

前記通信実行モジュール１３は、前記データ通信要求に応答して回線接続処理を進め、回線接続後に単位時間（例えば、５ないし１０秒）または単位量のデータ通信を実施する。このデータ通信は、今回の通信タイミングが無線リソースに関して閑散期であるか否かを判定するために試行されるもので、単位時間や単位量が大きければ正確な判定が可能になるものの網側の負担が大きくなる。これに対して、単位時間や単位量が小さければ網側の負担を軽くできるものの正確な判定が難しくなるのみならず、転送ファイルのデータ量が大きい場合には、その分割処理や転送先での最構築処理が必要となる。

ステップＳ１０３において、前記試行されたデータ通信の完了が検知されるとステップＳ１０４へ進み、今回のデータ通信に関するスループットThrptが、前記混雑判定モジュール１４のスループット計測部１４１により、次式(1)に基づいて算出される。

Thrpt＝転送データ量(DataSize)／転送時間(Time) …(1)

ステップＳ１０５では、今回のスループットThrptが所定の閾値thresh1（例えば、数十kbps）と比較される。Thrpt＜thresh1であれば、無線リソースの混雑度が低くないと判定されてステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８では、この判定結果が混雑判定モジュール１４から回線接続制御モジュール１１へ通知され、回線接続制御モジュール１１が通信実行モジュール１３に対してデータ通信の中断を指示する。その結果、今回のすき間通信は中断されて次の周期まで待機状態となる。なお、転送先がレシューム機能を備えていれば、次の周期では中断された箇所からデータ通信を再開できる。

これに対して、Thrpt≧thresh1と判定されれば、無線リソースの混雑度が低いと判定されるのでステップＳ１０６へ進み、前記回線接続制御モジュール１１により、前回の（最後の）データ通信から今回の周期までの間に蓄積された全てのデータの転送が完了しているか否かが判定される。転送すべき未送信データが残っていれば、ステップＳ１０７へ進んで通信実行モジュールへデータ転送の継続が指示される。これにより、未送信データの転送が完了するまでステップＳ１０２へ戻ってデータ通信が継続される。

本実施形態によれば、無線リソースの混雑度がすき間通信のスループットに基づいて判定され、スループットが高い閑散期以外はすき間通信が次の周期まで中断されるので、効率の低い無線接続に有限の無線リソースが無駄に占有されてしまうことを防止できるようになる。

[実施例２]
図４は、本発明の第２実施形態に係る無線端末１ｂの構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。

本実施形態では、待ち時間設定モジュール１２が、乱数randを算出する乱数算出部１２１と、乱数randを所定の関数に適用して待ち時間τ2を算出する待ち時間算出部１２２と、無線リソースの混雑度が高いと判定されてすき間通信が中断されると、前記乱数randから算出される待ち時間τ2が長くなるように前記関数のパラメータを書き換えて待ち時間τ2を更新する待ち時間更新部１２３とを具備した点に特徴がある。

図５は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ２０１では、０≦rand≦１の乱数randが前記乱数算出部１２１により算出される。ステップＳ２０２では、次回のすき間通信までの待ち時間τ2が、前記待ち時間算出部１２２により、次式(2)に基づいて算出される。ここで、max_delayおよびmin_delayは、それぞれ待ち時間τ2の上限値および下限値であり、無線リソースの混雑状況に応じて動的に変更される。

τ2＝rand×(max_delay−min_delay)＋min_delay …(2)

ステップＳ２０３では、前記算出された待ち時間τ2が経過したか否かが判定され、待機時間τ2の経過を待ってステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０４〜Ｓ２０９では、前記ステップＳ１０２〜Ｓ１０７と同様に、単位時間または単位量のデータ通信が試行されてスループットThrptが計測され、当該スループットThrptと閾値thresh2との比較結果に基づいて無線リソースの混雑度が推定される。そして、混雑度が低いと判定されればデータ通信が継続されて未送信のデータが転送される一方、混雑度が低くないと判定されればステップＳ２０７からステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ２１０では、混雑度が低いと判定されてデータ通信を継続できた最後の通信時刻からの経過時間が所定の許容上限値τ_maxを比較される。経過時間が許容上限値τ_maxを越えていればステップＳ２０８進み、混雑度が低いと判定された場合と同様に今回のすき間通信が継続される。

これに対して、経過時間が許容上限値τ_maxを越えていなければ、ステップＳ２１１へ進んで今回のデータ通信が中断される。ステップＳ２１２では、前記待ち時間τ2が長くなるように、上式(2)のmax_delay，min_delayが共に増補正される。なお、このように増補正されたmax_delay，min_delayは、例えばステップＳ２０７において混雑度が低いと判定されるごとに漸減することが望ましい。

また、待ち時間τ2の周期ごとにすき間通信が試行され、無線リソースが混雑していなければ通信が継続され、混雑していれば通信が中断されて次の周期まで待機状態となると共に前記待ち時間τ2が長くされるので、これ以降、無線リソースが混雑している時間帯を避けてすき間通信を試行できるようになる。

さらに、混雑度が低いと判定されてデータ通信を継続できた最後の通信時刻からの経過時間が許容上限値を超えると、現在のスループットとは無関係に、混雑度が低い場合と同様にデータ転送が継続されるので、最低限のサービス提供を担保できるようになる。

[実施例３]
図６は、本発明の第３実施形態に係る無線端末１ｃの構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。

本実施形態では、回線接続制御モジュール１１が、通信規制条件を登録される規制条件登録部１１１と、待ち時間の周期で今回の乱数を算出する乱数算出部１１２と、前記乱数を通信規制条件と比較し、今回のデータ通信を規制または許可する通信規制実行部１１３と、無線リソースの混雑度に応じて前記通信規制条件を見直す規制条件見直部１１４とを具備し、前記規制条件見直部１１４は、無線リソースの混雑度が高いことを理由にデータ通信が中断されると、前記通信規制条件を強化するようにした点に特徴がある。

図７は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ３０１において、待ち時間τ3が経過したと判定されるとステップＳ３０２へ進み、最後のデータ通信からの経過時間が許容上限値τ_maxを越えたか否かが判定される。越えていないと判定されればステップＳ３０３へ進み、乱数rand2が前記乱数算出部１１２により算出される。ステップＳ３０４では、前記規制条件登録部１１１に予め登録されている規制率ratioと前記乱数rand2とが前記通信規制実行部１１３により比較される。

前記規制率ratioは、データ通信を開始するための発呼を許可される無線端末の割合であり、０（全ての端末の発呼を禁止）〜１（全ての端末の発呼を許可）の範囲で適宜に予め決定されている。ここで、rand2≦ratioであれば今回のデータ通信が許可されてステップＳ３０５へ進む。

なお、前記ステップＳ３０２において、最後のデータ通信からの経過時間が許容上限値τ_maxを越えていると判定されると、前記規制率ratioとは無関係に今回のすき間通信が許可されてステップＳ３０５へジャンプする。

ステップＳ３０５〜Ｓ３１０では、前記ステップＳ１０２〜Ｓ１０７と同様に、単位時間または単位量のデータ通信が試行されてスループットThrptが計測され、当該スループットThrptと閾値thresh3との比較結果に基づいて無線リソースの混雑度が推定される。そして、混雑度が低ければデータ通信が継続されて未送信のデータが全て転送される一方、混雑度が低くなければ今回のデータ通信が中断されて次の周期まで待機状態となる。また、ステップＳ３１２において今回のデータ通信が中断されると、ステップＳ３１３では、前記規制率ratioが減補正されて通信規制が強化される。

また、待ち時間τ3の周期ごとに通信規制の対象であるか否かが判定され、規制対象外であればすき間通信が許可されて実施され、その際に無線リソースが混雑していれば通信規制が強化されるので、無線リソースが混雑している期間ですき間通信が試行されることによる更なる無線リソースの消費を抑制できるようになる。

なお、上記の第１ないし第３実施形態では、混雑度判定の指標となるスループットの閾値thresh1，thresh2およびthresh3が固定値であ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、混雑度が低いと判定されてすき間通信が実施されるごとに漸増補正することで徐々に閑散期と判断されにくくし、いちどきにすき間通信が集中しないようにしても良い。

このような漸増補正は、混雑度が低い（スループットが高い）と判定されてすき間通信が実施されるごとに加算補正（＋Δα）または乗算補正（×Δβ[β＞１．０]）することで行っても良いし、あるいは直近の状態のみならず履歴も考慮し、すき間通信が所定の回数だけ連続して実施されるごとに、またはM回のうちN回だけ実施されるごとに当該実施された回数を引数とする関数計算で漸増補正分を算出するようにしても良い。

また、補正量については上限値を設ける一方、所定の割合または所定の回数だけ連続して混雑度が高いと判定されてすき間通信が中断されたり、あるいは所定のTime Windowを設けて算出されたスループットの平均値が所定の基準値を下回ったりすると、それまでの増補正分を全て廃止して閾値を初期値に戻したり、あるいは増補正分を漸減したりしても良い。

同様に、前記スループットの閾値thresh1，thresh2およびthresh3は、混雑度が高いと判定されてすき間通信が中断されるごとに漸減補正することで徐々に閑散期と判断され易くしても良い。このような漸減補正も、混雑度が高い（スループットが低い）と判定されてすき間通信が中断されるごとに減算補正（−Δα）または乗算補正（×Δβ[β＜１．０]）することで行っても良いし、あるいは直近の状態のみならず履歴も考慮し、すき間通信が所定の回数だけ連続して中断されるごとに、またはM回のうちN回だけ中断されるごとに当該実施された回数を引数とする関数計算で漸減補正分を算出するようにしても良い。

また、補正量についても上記と同様に、所定の割合または所定の回数だけ連続して混雑度が低いと判定されてすき間通信が実施されたり、あるいは所定のTime Windowを設けて算出されたスループットの平均値が所定の基準値を上回ったりすると、それまでの減補正分を全て廃止して閾値を初期値に戻したり、あるいは減補正分を漸増したりしても良い。
[第４実施例]
図８は、本発明の第４実施形態に係る無線端末１ｄの構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、混雑判定モジュール１４が、前記スループット計測部１４１に代えてデータ通信成否判定部１４２を具備し、データ通信の成否に基づいて無線リソースの混雑度を判定するようにした点に特徴がある。

図９は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ４０１では、前記待ち時間設定モジュール１２において、周期τ4の待ち時間が経過したか否かが判定される。待ち時間τ4が経過するとすき間通信のタイミングと判定されてステップＳ４０２へ進み、前記待ち時間設定モジュール１２から通信実行モジュール１３へデータ通信が要求される。通信実行モジュール１３では、当該要求に応答してデータ転送が開始される。

ステップＳ４０３では、最後のデータ通信から今回の周期までの間に蓄積された全てのデータの転送が完了したか否かが判定される。最初は完了していないと判定されるのでステップＳ４０４へ進み、実行中のデータ通信の成否が前記データ通信成否判定部１４２により判定される。データ通信に失敗していなければステップＳ４０３へ戻り、未送信データの転送が継続される。

その後、ステップＳ４０３において、全てのデータ転送が完了したと判定されるとステップＳ４０１へ戻り、待ち時間τ4が経過する次の周期まで待機する。また、前記ステップＳ４０４において、データ通信の失敗が検知されると、ステップＳ４０５へ進んで今回のデータ転送が中断される。

本実施形態によれば、無線リソースの混雑状況がデータ通信の成否に基づいて判定されるので、データ通信が可能である限り、低スループットであってもすき間通信を実施できるようになる。したがって、データ通信が周期的に行われるのが望ましい用途において、その要望を満足させられるようになる。また、通信速度が保証されているような通信方式や通信サービス等（スループットに差異が無い）に対してもすき間通信が実現可能になる。

[実施例５]
図１０は、本発明の第５実施形態に係る無線端末の構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、前記待ち時間設定モジュール１２が、乱数randを算出する乱数算出部１２１と、乱数randを所定の関数に適用して待ち時間τ5を算出する待ち時間算出部１２２と、無線リソースの混雑度が高いと判定されてデータ通信が中断されると、前記乱数randから算出される待ち時間τ5が長くなるように前記関数のパラメータを書き換えて待ち時間τ5を更新する待ち時間更新部１２３とを具備した点に特徴がある。

図１１は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ５０１では、０≦rand≦１の乱数randが前記乱数算出部１２１により算出される。ステップＳ５０２では、次回のすき間通信までの待ち時間τ5が、前記待ち時間算出部１２２により、次式(2)に基づいて算出される。

τ5＝rand×(max_delay−min_delay)＋min_delay …(2)

ステップＳ５０３では、前記算出された待ち時間τ5が経過したか否かが判定され、待機時間τ5の経過を待ってステップＳ５０４へ進む。ステップＳ５０４〜Ｓ５０７では、前記ステップＳ４０２〜Ｓ４０５と同様にデータ通信が試行され、その成否が判定される。

データ通信に失敗し、ステップＳ５０７において、今回のデータ通信が中断されると、ステップＳ５０８では、前記待ち時間τ5が延長されるように、前記待ち時間の上限値max_delayおよび下限値min_delayが増補正される。

なお、このような待ち時間τ5の延長処理は、ステップＳ５０６においてデータ通信の失敗が検知されるごとに実施する必要は必ずしもなく、データ通信の失敗が所定の回数だけ連続して検知されるごとに実施するようにしても良い。このようにすれば、無線リソースの混雑度とは無関係にランダム・偶発的に発生する外乱等が原因の条件悪化に対しては閾値が変更されなくなるので、通信サービスの品質や使いやすさが無益に損なわれてしまうことを防止できる。

本実施形態によれば、データ通信が可能である限り、低スループットであってもすき間通信が実施されるので、データ通信が周期的に行われるが望ましい用途において、その要望を満足させられるようになる。

また、無線リソースが混雑していれば通信を中断して次の周期まで待機すると共に待ち時間τ5が長くされるので、無線リソースが混雑している時間帯を避けてすき間通信を試行できるようになる。

[第６実施例]
図１２は、本発明の第６実施形態に係る無線端末の構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、前記回線接続制御モジュール１１が、通信規制条件が登録された規制条件登録部１１１と、待ち時間の周期で今回の乱数を算出する乱数算出部１１２と、前記乱数を通信規制条件と比較し、今回のデータ通信を規制または許可する通信規制実行部１１３と、前記通信規制条件を見直す規制条件見直部１１４とを具備し、前記規制条件見直部１１４は、無線リソースの混雑度が高いと判定されてデータ通信が中断されると、前記通信規制条件を強化するようにした点に特徴がある。

図１３は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ６０１では、周期τ6の待ち時間が経過したか否かが判定される。経過していればすき間通信のタイミングと判定されてステップＳ６０２へ進み、最後のデータ通信からの経過時間が上限値τ_maxを越えたか否かが判定される。越えていなければ、ステップＳ６０３へ進んで乱数rand2が前記乱数算出部１１２により算出される。ステップＳ６０４では、前記規制条件登録部１１１に予め登録されている規制率ratioと前記乱数rand2とが前記通信規制実行部１１３により比較される。rand2≦ratioであれば、今回のすき間通信が許可されてステップＳ６０５へ進む。

ステップＳ６０５〜Ｓ６０８では、前記ステップＳ４０２〜Ｓ４０５と同様にデータ通信が実行され、その成否が判定される。データ通信に失敗し、ステップＳ６０８で今回のすき間通信が中断されると、ステップＳ６０９では、前記規制率ratioが減補正されて通信規制が強化される。

また、無線リソースが混雑していると通信規制が強化されるので、無線リソースが混雑している期間ですき間通信が試行されることによる更なる無線リソースの消費を抑制できるようになる。

なお、上記の第１ないし第３実施形態では、すき間通信の実施許否をスループットに基づいて判定し、上記の第４ないし第６実施形態では、すき間通信の実施許否をデータ通信の成否に基づいて判定するものとしたが、これらは適宜に組み合わせても良い。

また、上記の各実施形態では、データの送信順序について特に言及していないが、各すき間通信のタイミングで送信されるデータは、必ずしもデータの発生または生成順である必要はなく、その逆に時間的に新しく発生または生成されたデータから順に送信するようにしても良いし、あるいは各データに優先度が付されているような場合には、優先度のより高いデータから順に送信されるようにしても良い。

このような順序制御を採用すれば、より早いタイミングで送信することが望ましいデータから順に送信できるので、通信サービスの品質や利用感を損なうことの無いすき間通信を実現できるようになる。

さらに、上記の各実施形態では、スループットやすき間通信の実施状況に応じて、すき間通信の実施周期や実施判定閾値等の条件が動的に変更されるものとして説明したが、これらの変更された条件は、すき間通信が実施されるごとに初期状態に戻されるようにしても良い。このようにすれば、変更された条件が維持され続けてしまい、すき間通信が実施され難くなり過ぎたり、あるいは実施され易くなり過ぎたりすることを防止できる。

１１…回線接続制御モジュール，１２…待ち時間設定モジュール，１３…通信実行モジュール，１４…混雑判定モジュール

Claims

混雑度の低い閑散時間帯でデータ通信を自律分散的に行う無線端末において、
待ち時間を設定する待ち時間設定手段と、
前記待ち時間の周期で所定の単位量または単位時間のデータ通信を行うデータ通信実行手段と、
前記単位量または単位時間のデータ通信のスループットに基づいて無線リソースの混雑度を判定する混雑判定手段と、
今回の周期における前記単位量または単位時間のデータ通信に続くデータ通信を、前記無線リソースの混雑度に応じて継続または次の周期まで中断させるデータ通信制御手段とを具備したことを特徴とする無線端末。
前記混雑判定手段は、データ通信のスループットを計測する手段を具備し、前記スループットが閾値を下回ると無線リソースの混雑度が高いと判定することを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
無線リソースの混雑度が高いと判定され続けて各周期における前記単位量または単位時間のデータ通信を継続できない期間が所定の許容上限値を超えると、前記スループットの計測結果とは無関係に今回の周期における前記単位量または単位時間のデータ通信に続くデータ通信を継続させることを特徴とする請求項２に記載の無線端末。
前記閾値は、前記スループットが閾値を上回って無線リソースの混雑度が高くないと判定されるごとに増補正されることを特徴とする請求項２に記載の無線端末。
前記スループットが閾値を下回って無線リソースの混雑度が高いと判定されると、前記増補正された閾値が減補正されることを特徴とする請求項４に記載の無線端末。
前記スループットが閾値を下回って無線リソースの混雑度が高いと判定されると、前記増補正された閾値が初期状態に戻されることを特徴とする請求項４に記載の無線端末。
前記閾値は、前記スループットが閾値を下回って無線リソースの混雑度が高いと判定されるごとに減補正されることを特徴とする請求項２に記載の無線端末。
前記スループットが閾値を上回って無線リソースの混雑度が高くないと判定されると、前記減補正された閾値が増補正されることを特徴とする請求項７に記載の無線端末。
前記スループットが閾値を上回って無線リソースの混雑度が高くないと判定されると、前記減補正された閾値が初期状態に戻されることを特徴とする請求項７に記載の無線端末。
前記待ち時間設定部が、
乱数を算出する手段と、
前記乱数を所定の関数に適用して前記待ち時間を算出する手段と、
前記無線リソースの混雑度が高いと判定されてデータ通信が中断されると、前記乱数に対する待ち時間が長くなるように前記関数を更新する手段とを具備したことを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
前記データ通信が、時間的に新しく発生または生成されたデータから順に行われることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の無線端末。
前記データ通信が、別途に付与された優先度順に行われることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の無線端末。
前記待ち時間の周期で今回の乱数を算出する手段と、
前記乱数を所定の通信規制条件と比較し、今回のデータ通信が規制対象であるか否かを判定する手段と、
前記通信規制条件を見直す手段とをさらに具備し、
前記データ通信実行手段は、今回のデータ通信が規制対象でないと判定されるとデータ通信を実行し、
前記通信規制条件を見直す手段は、前記無線リソースの混雑度が高いと判定されて今回のデータ通信が中断されると、前記通信規制条件を強化することを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
複数の無線端末が、混雑度の低い閑散時間帯でデータ通信を自律分散的に行うすき間通信方法において、
各無線端末が、
所定の待ち時間の周期で所定の単位量または単位時間のデータ通信を実施する手順と、
前記単位量または単位時間のデータ通信のスループットに基づいて無線リソースの混雑度を判定する手順と、
今回の周期における前記単位量または単位時間のデータ通信に続くデータ通信を、前記無線リソースの混雑度が低ければ継続する手順と、
今回の周期における前記単位量または単位時間のデータ通信に続くデータ通信を、前記無線リソースの混雑度が低くなければ次の周期まで中断する手順とを有することを特徴とするすき間通信方法。
乱数を発生させる手順と、
前記乱数を所定の関数に適用して前記待ち時間τを算出する手順とを有し、
前記無線リソースの混雑度が高いと判定されてデータ通信が中断されると、前記乱数に対する待ち時間τ2が長くなるように前記関数が更新されることを特徴とする請求項１４に記載のすき間通信方法。
前記待ち時間の周期で今回の乱数を算出する手順と、
前記乱数を所定の通信規制条件と比較し、今回のデータ通信が規制対象であるか否かを判定する手順と、
今回のデータ通信が規制対象であるとデータ通信を開始せずに次の通信周期まで待機する手順と、
今回のデータ通信が規制対象でないとデータ通信を開始する手順とを有し、
前記無線リソースの混雑度が高いと判定されてデータ通信が中断されると、前記通信規制条件が強化されることを特徴とする請求項１４に記載のすき間通信方法。