JP6502898B2 - 通信品質推定装置、通信品質推定方法及びプログラム - Google Patents
通信品質推定装置、通信品質推定方法及びプログラム Download PDFInfo
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Description
本発明は、通信品質推定装置、通信品質推定方法及びプログラムに関し、特に、モバイル通信品質の推定システムにおいて、利用者環境において取得可能なデータを用いてモバイル通信品質の推定を行う技術に関する。
通信品質を把握するためには、従来からアクティブ計測による品質実態の把握が知られている（非特許文献１及び２参照）。
アクティブ計測とは能動的にデータを送受信し、それらデータが通信網内でどのような影響を受けるのかを観測することで通信網内の品質の把握を行う手法の総称である。アクティブ計測では原理的に通信網内にデータを挿入することから通信網に対して浸食的な手法で通信網内の状態を把握する。
また、モバイル通信においてはユーザの環境に依存して通信品質も大きく変化し、特に、ユーザが極端に集中する場合に通信品質が劣化することが知られている。このような通信品質が劣化している状況下では、浸食的な手法は通信網に与える負荷が高くなる。
V. Raisanen, "RFC3432: Network performance measurement with periodic streams," RFC 3432, Nov., 2002.
Jacob Strauss, Dina Katabi and Frans Kaashoek, "A Measurement Study of Available Bandwidth Estimation Tools," Proc. ACM SIGCOMM Internet Measurement Conference '03, Miami, Florida, October 2003
上記のように、モバイル通信においてはユーザの環境に依存して通信品質も大きく変化し、特に、ユーザが極端に集中する場合に通信品質が劣化することが知られている。このような通信品質が劣化している状況下では、浸食的な手法で通信品質を把握することは好ましいとは言えず、通信網に対して負荷の低い通信品質の推定を行うことが求められている。
本発明は、利用者環境において取得可能なデータを用いて、通信網に対して負荷の低い通信品質の推定を実現することを目的とする。
本発明の一形態に係る通信品質推定装置は、
モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置であって、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成する推定式生成部と、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付ける入力部と、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出する通信品質推定値算出部と、
前記算出された通信品質推定値を出力する出力部と、
を有し、
前記推定式生成部は、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成することを特徴とする。
モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置であって、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成する推定式生成部と、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付ける入力部と、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出する通信品質推定値算出部と、
前記算出された通信品質推定値を出力する出力部と、
を有し、
前記推定式生成部は、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成することを特徴とする。
また、本発明の一形態に係る通信品質推定方法は、
モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置における通信品質推定方法であって、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成するステップと、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付けるステップと、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出するステップと、
前記算出された通信品質推定値を出力するステップと、
を有し、
前記推定式を生成するステップにおいて、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成することを特徴とする。
モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置における通信品質推定方法であって、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成するステップと、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付けるステップと、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出するステップと、
前記算出された通信品質推定値を出力するステップと、
を有し、
前記推定式を生成するステップにおいて、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成することを特徴とする。
また、本発明の一形態に係るプログラムは、
モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該コンピュータを、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成する推定式生成手段、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付ける入力手段、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出する通信品質推定値算出手段、及び
前記算出された通信品質推定値を出力する出力手段、
として機能させ、
前記推定式生成手段は、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成することを特徴とする。
モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該コンピュータを、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成する推定式生成手段、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付ける入力手段、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出する通信品質推定値算出手段、及び
前記算出された通信品質推定値を出力する出力手段、
として機能させ、
前記推定式生成手段は、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成することを特徴とする。
本発明によれば、利用者環境において取得可能なデータを用いて、通信網に対して負荷の低い通信品質の推定を実現することが可能になる。
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例では、モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置について説明する。モバイル通信品質はアクセス区間で発生する劣化の影響を強く受ける。一般に通信品質は信号強度および電波干渉量から決定する信号の受信レベルと、特定の基地局配下に接続する端末台数により決定するリソース割り当て量の２つの要因による影響が大きい。本発明の実施例では、電波の干渉量および接続端末台数と相関の高いことが期待される端末の無線インターフェース（IF）数を観測することにより、モバイル通信品質の推定を行う。
端末のIFは、例えば、無線LAN（Local Area Network）、Bluetooth（登録商標）、Zigbee（登録商標）等の無線プロトコルを使用するインターフェースである。端末のIF数は、例えば、モニターモードと呼ばれるパケットを監視するモードによって端末のアドレス数を計測することにより推定することが可能である。したがって、本発明の実施例に係る通信品質推定装置は、利用者環境において取得可能な端末のIF数を用いて通信品質を推定できるため、通信網に対して負荷の低い手法である。
＜通信品質推定装置の概要＞
図１は、本発明の実施例に係る通信品質推定装置１００を示すブロック図である。通信品質推定装置１００は、計測データ記憶部１０１と、推定式生成部１０２と、入力部１０３と、通信品質推定値算出部１０４と、出力部１０５とを有する。
図１は、本発明の実施例に係る通信品質推定装置１００を示すブロック図である。通信品質推定装置１００は、計測データ記憶部１０１と、推定式生成部１０２と、入力部１０３と、通信品質推定値算出部１０４と、出力部１０５とを有する。
計測データ記憶部１０１は、事前計測により予め取得した、単位時間あたりに観測される端末のIF数と通信品質の関係のデータを記憶する。このデータは、端末のIF数と相関の高い推定対象エリアの周辺の人口密度などの通信環境別に記憶される。
推定式生成部１０２は、計測データ記憶部１０１に記憶されたデータから、通信品質の推定するための推定式を生成する。通信品質の推定式は、単位時間あたりに観測される端末のIF数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて生成される。具体的な推定式の例については、以下に詳細に説明する。
入力部１０３は、推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測されるIF数の入力を受け付ける。
通信品質推定値算出部１０４は、入力部１０３において受け付けられたIF数より、推定式生成部１０２において生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出する。
出力部１０５は、通信品質推定値算出部１０４において算出された通信品質推定値を出力する。
次に、各機能部の詳細について図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例に係る通信品質推定方法のフローチャートである。
＜推定式の生成＞
ステップＳ１０１において、推定式生成部１０２は、通信品質の推定するための推定式を生成する。
ステップＳ１０１において、推定式生成部１０２は、通信品質の推定するための推定式を生成する。
推定式生成部１０２は、品質基準値Q_0、品質係数αを用い、ある単位時間T内に観測される無線LAN端末のIF数（たとえばProbe Requestを送信したユニークMACアドレスの数）xに対して通信品質Qを以下のように推定する。
Q_0<=Q<=Q_0+αx+β （1）
この式（1）は、通信品質の下限値及び上限値を表す推定式であり、無線LAN端末のIF数が少ないエリアでは、通信品質Qが基準品質値Q_0に近づき通信品質が安定することを示している。また、無線LAN端末のIF数が多いエリアでは、通信品質Qが基準品質値Q_0で通信可能な端末が存在する一方で、通信品質Qが基準品質値Q_0よりも大きくなり通信品質が安定しないことを示している。この式（1）により、通信品質の下限値から上限値までの中間領域の通信品質が推定可能になる。
Q_0<=Q<=Q_0+αx+β （1）
この式（1）は、通信品質の下限値及び上限値を表す推定式であり、無線LAN端末のIF数が少ないエリアでは、通信品質Qが基準品質値Q_0に近づき通信品質が安定することを示している。また、無線LAN端末のIF数が多いエリアでは、通信品質Qが基準品質値Q_0で通信可能な端末が存在する一方で、通信品質Qが基準品質値Q_0よりも大きくなり通信品質が安定しないことを示している。この式（1）により、通信品質の下限値から上限値までの中間領域の通信品質が推定可能になる。
ここで、通信品質QはRTT（Round Trip Time）やスループット、Web読み込み時間等であるが、これらには限定されない品質を指す。
なお、各係数の値は、推定の開始時に初期値として与えてもよいし、通信環境によって異なる係数を使用してもよい。例えば、任意のタイミングで「推定対象エリア周辺の人口密度と推定対象エリア測定点に近づく人の割合」に応じて異なる係数を使用してもよい。
Q_0やα、βは、通信品質の範囲を推定するための係数であり、無線LAN端末数を観測する地点ごとに異なる値でもシステム全体において同一の値を用いてもよい。また、通信品質としてスループットのような低品質ほど値が小さくなるような値を持つ品質に対しては、通信品質の逆数をQとして考えてもよい。
なお、xの値は、注目する範囲の制約を明示的にするために、特定の信号強度以上の観測される無線LAN端末のIFの数としてもよい。
また、推定式には式（2）のような多項式を用いてもよい。
Q_0<=Q<=Q_0+αx+β/x+γ√x+δ （2）
本実施例における「観測される無線LAN端末のIF数」は、Bluetooth（登録商標）やZigbee（登録商標）等の無線プロトコルを使用するIF数としてもよい。
Q_0<=Q<=Q_0+αx+β/x+γ√x+δ （2）
本実施例における「観測される無線LAN端末のIF数」は、Bluetooth（登録商標）やZigbee（登録商標）等の無線プロトコルを使用するIF数としてもよい。
＜推定に用いる係数の与え方の例１＞
ステップＳ１０２において、推定式生成部１０２は、計測データ記憶部１０１に記憶されたデータから、推定式の係数を決定する。
ステップＳ１０２において、推定式生成部１０２は、計測データ記憶部１０１に記憶されたデータから、推定式の係数を決定する。
ステップＳ１０１で生成された推定式の各係数は、例えば次のように決定することができる。
事前計測により、単位時間あたりに観測される端末のIF数と通信品質の関係のデータを、通信環境別に計測データ記憶部１０１に記憶する。例えば、推定対象エリアの地点において想定される
・周辺の人口密度に対して測定点に近づく人の割合
・一人当たりの無線LAN端末保持台数
・一人当たりの推定対象通信事業者のモバイル通信網接続を行う端末台数
等のパラメータが類似する環境下において、ある単位時間T内に観測される無線LAN端末の数xと推定対象の通信品質を事前に計測し、計測データ記憶部１０１に記憶する。
・周辺の人口密度に対して測定点に近づく人の割合
・一人当たりの無線LAN端末保持台数
・一人当たりの推定対象通信事業者のモバイル通信網接続を行う端末台数
等のパラメータが類似する環境下において、ある単位時間T内に観測される無線LAN端末の数xと推定対象の通信品質を事前に計測し、計測データ記憶部１０１に記憶する。
推定式生成部１０２は、計測データ記憶部１０１に記憶されたデータを用いて、例えば、式（1）に対する回帰分析を実施する。
回帰に用いるデータセットは、観測される無線LAN端末数xが、ある幅dを用いて表されるi×dx<=x<(i+1)×dx (i=1,2,…N)のxに対して、計測された通信品質値yの最大値y_iを用いて、(x_i, y_i) (i=1,2,…N)を作成する。ここで、x_maxを単位時間内に観測される無線LAN端末数の最大値と置いた時に、Nは(N-1)×d<x_max<N×dを満足する整数とする。
ここで、y_iとして通信品質値の最大値ではなく、95パーセンタイル値や中央値等の統計量を与えてもよい。また、各y_iを与える前に、異常値を除く処理を行うことを妨げない。
Q_0をxの0次の回帰係数とし、αを1次の回帰係数とする。なお、Q_0は重回帰の切片の値としてもよいし、観測値の最低値や5パーセンタイル値等の統計量とおいてもかまわない。
なお、xの値は、注目する範囲の制約を明示的にするために、特定の信号強度以上の観測される無線LAN端末のIFの数としてもよい。
ここで決定された係数Q_0やαを用いて、通信品質の推定を行うための推定式が生成される。
＜通信品質の推定＞
ステップＳ１０３において、入力部１０３は、推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測されるIF数の入力を受け付ける。
ステップＳ１０３において、入力部１０３は、推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測されるIF数の入力を受け付ける。
ステップＳ１０４において、通信品質推定値算出部１０４は、受け付けられたIF数を上記の推定式に代入して通信品質推定値を算出する。
ステップＳ１０５において、出力部１０５は、算出された通信品質推定値を出力する。
＜推定に用いる係数の与え方の例２＞
上記のステップＳ１０２において説明した係数の与え方では、推定対象と同様の環境において事前に計測データを蓄積する必要がある。ここで、異なる条件下の測定により決定された係数をもとに推定対象点において使用する係数を変換する手法について説明する。
上記のステップＳ１０２において説明した係数の与え方では、推定対象と同様の環境において事前に計測データを蓄積する必要がある。ここで、異なる条件下の測定により決定された係数をもとに推定対象点において使用する係数を変換する手法について説明する。
本発明の実施例は、単位時間あたりに観測される無線LAN端末のIF数が周辺の人口密度と強い相関があることを利用して推定を行う手法である。１人当たりの無線LAN端末の保持台数が確率的に一定であると仮定すると、想定される無線LAN端末のIF数と周辺の人口密度の関係は定数倍の関係と推定できる。また、想定するユーザの年齢層や通信行動の違いから、一人当たりの無線LAN端末保持台数、一人当たりの推定対象通信事業者のモバイル通信網接続を行う端末台数に対しても同様に定数倍の関係と想定できる。
したがって、人口密度の違いに基づいて、すなわち、事前に計測したエリア周辺の人口密度と推定対象エリア周辺の人口密度との違いに基づいて、各係数に対して上記の変化を見越した定数倍の補正を行うことで、異なる条件下で決定した係数を用いて通信品質の推定を行うことができる。
＜実験結果＞
図３に、本発明の実施例に係る通信品質推定装置１００による実験結果を示す。本実施例では、実環境においてモバイル通信の品質の一例としてRTTを用いた事例を示す。図３では、横軸に単位時間当たりに観測される無線LAN端末のIF数を、縦軸には単位時間に計測されたRTTの平均値を示した。図中には計測結果から推定される上限値を「upper」、下限値を「lower」で示す。上限値「upper」は、単位時間あたりに観測される無線LAN端末のIF数に対応するRTTが2つ以上ある場合のRTTの最大値を用いた線形回帰により求めた。
図３に、本発明の実施例に係る通信品質推定装置１００による実験結果を示す。本実施例では、実環境においてモバイル通信の品質の一例としてRTTを用いた事例を示す。図３では、横軸に単位時間当たりに観測される無線LAN端末のIF数を、縦軸には単位時間に計測されたRTTの平均値を示した。図中には計測結果から推定される上限値を「upper」、下限値を「lower」で示す。上限値「upper」は、単位時間あたりに観測される無線LAN端末のIF数に対応するRTTが2つ以上ある場合のRTTの最大値を用いた線形回帰により求めた。
このデータから、RTTを
37.84<（通信品質）<37.84+0.69×x
と推定できる。
37.84<（通信品質）<37.84+0.69×x
と推定できる。
＜本発明の実施例の効果＞
本発明の実施例によれば、通信事業者内のデータを用いず、利用者環境において取得可能なデータを用いたモバイル通信品質の推定を行うことが可能になる。
本発明の実施例によれば、通信事業者内のデータを用いず、利用者環境において取得可能なデータを用いたモバイル通信品質の推定を行うことが可能になる。
従来のアクティブ計測は通信網に対して浸食的な手法であり、通信品質が劣化している状況下では、浸食的な手法で通信品質を把握することは好ましいとは言えない。本発明の実施例では、通信品質と人口密度の関係に着目し、単位時間当たりに観測される無線LAN端末のIF数の情報から通信品質の推定を行うことにより、通信網に対して負荷を与えずに通信品質の推定が可能になる。
また、本発明の実施例では、事前計測にてモバイル通信の品質の推定に必要な計測を実施するため、通信網に加わる負荷を制御した計測の設計が容易に行え、推定時に所望する計測時間間隔よりも長い計測間隔でデータの収集を行うことができ、結果として通信品質を直接的に計測するよりも通信網に対して非浸食的な手法となる。
＜ハードウェア構成例＞
図３に、本発明の実施例に係る通信品質推定装置１００のハードウェア構成例を示す。通信品質推定装置１００は、CPU（Central Processing Unit）１５１等のプロセッサ、RAM（Random Access Memory）やROM（Read Only Memory）等のメモリ装置１５２、ハードディスク等の記憶装置１５３等から構成されたコンピュータでもよい。例えば、通信品質推定装置１００の機能及び処理は、記憶装置１５３又はメモリ装置１５２に格納されているデータやプログラムをCPU１５１が実行することによって実現される。また、通信品質推定装置１００に必要な情報は、入出力インターフェース装置１５４から入力され、通信品質推定装置１００において求められた結果は、入出力インターフェース装置１５４から出力されてもよい。
図３に、本発明の実施例に係る通信品質推定装置１００のハードウェア構成例を示す。通信品質推定装置１００は、CPU（Central Processing Unit）１５１等のプロセッサ、RAM（Random Access Memory）やROM（Read Only Memory）等のメモリ装置１５２、ハードディスク等の記憶装置１５３等から構成されたコンピュータでもよい。例えば、通信品質推定装置１００の機能及び処理は、記憶装置１５３又はメモリ装置１５２に格納されているデータやプログラムをCPU１５１が実行することによって実現される。また、通信品質推定装置１００に必要な情報は、入出力インターフェース装置１５４から入力され、通信品質推定装置１００において求められた結果は、入出力インターフェース装置１５４から出力されてもよい。
＜補足＞
説明の便宜上、本発明の実施例に係る通信品質推定装置は機能的なブロック図を用いて説明しているが、本発明の実施例に係る通信品質推定装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。例えば、本発明の実施例は、コンピュータに対して本発明の実施例に係る通信品質推定装置の機能を実現させるプログラム、コンピュータに対して本発明の実施例に係る方法の各手順を実行させるプログラム等により、実現されてもよい。また、各機能部が必要に応じて組み合わせて使用されてもよい。また、本発明の実施例に係る方法は、実施例に示す順序と異なる順序で実施されてもよい。
説明の便宜上、本発明の実施例に係る通信品質推定装置は機能的なブロック図を用いて説明しているが、本発明の実施例に係る通信品質推定装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。例えば、本発明の実施例は、コンピュータに対して本発明の実施例に係る通信品質推定装置の機能を実現させるプログラム、コンピュータに対して本発明の実施例に係る方法の各手順を実行させるプログラム等により、実現されてもよい。また、各機能部が必要に応じて組み合わせて使用されてもよい。また、本発明の実施例に係る方法は、実施例に示す順序と異なる順序で実施されてもよい。
以上、利用者環境において取得可能なデータを用いて、通信網に対して負荷の低い通信品質の推定を実現するための手法について説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々の変更・応用が可能である。
１０１ 計測データ記憶部
１０２ 推定式生成部
１０３ 入力部
１０４ 通信品質推定値算出部
１０５ 出力部
１５１ CPU
１５２ メモリ装置
１５３ 記憶装置
１５４ 入出力インターフェース装置
１０２ 推定式生成部
１０３ 入力部
１０４ 通信品質推定値算出部
１０５ 出力部
１５１ CPU
１５２ メモリ装置
１５３ 記憶装置
１５４ 入出力インターフェース装置
Claims (6)
- モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置であって、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成する推定式生成部と、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付ける入力部と、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出する通信品質推定値算出部と、
前記算出された通信品質推定値を出力する出力部と、
を有し、
前記推定式生成部は、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成する、通信品質推定装置。 - 前記推定式生成部は、通信環境によって異なる係数を用いて通信品質の推定式を生成する、請求項１に記載の通信品質推定装置。
- 前記推定式生成部は、人口密度の違いに基づいて、通信品質の推定式の係数に対して定数倍の補正を行う、請求項２に記載の通信品質推定装置。
- 前記端末の無線インターフェース数は、特定の信号強度以上の端末の無線インターフェース数である、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の通信品質推定装置。
- モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置における通信品質推定方法であって、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成するステップと、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付けるステップと、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出するステップと、
前記算出された通信品質推定値を出力するステップと、
を有し、
前記推定式を生成するステップにおいて、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成する、通信品質推定方法。 - モバイル通信の通信品質を推定する通信品質推定装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該コンピュータを、
予め取得した、単位時間あたりに観測される端末の無線インターフェース数と通信品質の関係のデータより、回帰分析を用いて通信品質の推定式を生成する推定式生成手段、
推定対象エリアにおいて単位時間あたりに観測される無線インターフェース数の入力を受け付ける入力手段、
前記受け付けられた無線インターフェース数より、前記生成された推定式を用いて通信品質推定値を算出する通信品質推定値算出手段、及び
前記算出された通信品質推定値を出力する出力手段、
として機能させ、
前記推定式生成手段は、回帰分析を用いて通信品質の上限値及び下限値を表す推定式を生成する、プログラム。
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