JP7160107B2 - 通信範囲制御装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
[一実施形態]
(構成例)
(1)システム
図1は、この発明の一実施形態に係る通信範囲制御装置を使用したデータ収集解析システムの全体構成を示す図である。
データ収集対象エリアには、複数の無線基地局BS1~BS5が分散配置されている。これらの無線基地局BS1~BS5は、例えば無線LAN(Local Area Network)のアクセスポイントや公衆移動通信ネットワークの無線基地局からなり、それぞれ無線エリアE1~E5を形成している。
なお、図1では、図示の簡単のため、基地局を5局、サーバを2台の場合を例示したが、基地局およびサーバの台数はこれに限るものではない。
図2は、この発明の一実施形態に係る通信範囲制御装置CSの機能構成を示すブロック図である。
次に、以上のように構成された通信範囲制御装置CSの動作例を説明する。
図3は、通信範囲制御装置CSの制御ユニット1による全体の制御手順と制御内容を示すフローチャートである。
システムの運用に先立ちシステム管理者は、管理用端末TMにおいてサーバSV1,SV2の設置位置情報および処理能力を表す情報と、各基地局BS1~BS5の設置位置情報を入力する。各設置位置情報は、例えば緯度経度情報により表される。サーバSV1,SV2の処理能力を表す情報は、例えば単位時間当たりのデータ処理量として表される。管理用端末TMは、上記入力されたサーバSV1,SV2の設置位置情報および処理能力を表す情報と、各基地局BS1~BS5の設置位置情報を、管理情報の更新要求と共に、通信範囲制御装置CSへ送信する。
システムの運用が開始されると、通信範囲制御装置CSはデバイス位置情報取得部12の制御の下、ステップS3において、予め設定された周期で各デバイスからその存在位置を表す情報を取得する処理を実行する。この処理は、例えば、各デバイスに対し一斉に位置情報の取得要求を送信し、この要求に応答して各デバイスから返送される位置情報を受信することにより行われる。なお、各デバイスの位置情報の取得は、各デバイスから定期的または位置が変化するごとに自律的に送信される位置情報を受信することにより行ってもよい。
通信範囲制御装置CSは、上記デバイス位置情報取得部12により各デバイスの存在位置情報が取得されるごとに、通信範囲計算部13および基地局割当制御部14の制御の下、ステップS4において、各サーバSV1,SV2の最適な通信範囲を計算する処理と、その計算結果に基づいて基地局を割り当てる処理を実行する。
Step1. 各点にランダムにクラスタを割り当てる。
Step2. 各クラスタの重心を計算する。
Step3. 計算されたクラスタの重心に基づいて、点のクラスタを一番近い重心のクラスタに変更する。
Step4. 上記点のクラスタの変更がある限りStep2 に戻って以上の処理を繰り返し、変更がなくなれば処理を終了する。
すなわち、K-Meansは、各点が所属するクラスタの重心距離の平均が最小となるように、与えられたクラスタ数k個に分類していくアルゴリズムである。
第1の実施例は、クラスタ数k の初期値を“k=1”に設定し、クラスタリング計算を開始する手法である。
この例では、サーバを同時に1台ずつ選択しながら選択したサーバと各デバイスとの間の通信距離の平均をそれぞれ算出し、この通信距離の平均が最小となるサーバを1台選択する処理が行われる。しかし、選択された1台のサーバに多数のデバイスからの通信が集中すると、サーバで過負荷状態が発生してしまう。
上記第1の実施例では、システムの規模が大きくなり、カバーするエリアに多数のデバイス存在する場合には、クラスタ数k の初期値を“1”としてクラスタリング計算を開始すると、最適なクラスタ数k (サーバの数)を計算するまでに多くのクラスタリング計算を繰り返すことになる。しかも、デバイスの位置が頻繁に変化するような場合には、例えば上記最適なクラスタ数k (サーバの数)を計算するクラスタリング計算を毎秒繰り返し実行する必要があるため、通信範囲制御装置CSの処理負荷が膨大となる。その結果、デバイスの台数が例えば数千万台から数百万台に達するような場合には、サーバの通信範囲をリアルタイムに更新することが困難になるおそれがある。
第2の実施例における通信範囲計算アルゴリズムでは、クラスタ数kの初期値を直前のクラスタリング計算で求めた最適なクラスタ数k’ として、クラスタリング計算を開始する。
(3-2-1)パラメータの事前設定
通信範囲制御装置CSは、通信範囲計算部13の制御の下、先ずステップS41において、処理に必要な各種パラメータを設定する。例えば、現在のクラスタ数を変数k で表す。この変数k は起動するサーバの台数を意味する。変数k の初期値としてk =1を代入する。また、直前のクラスタリング計算で求めた最適なクラスタ数k’ とし、k’ 以上のクラスタ数を格納する一時変数をk_p とする。k_p の初期値をk’ とする。さらに、k’ 以下のクラスタ数を格納する一時変数をk_n とする。k_n の初期値をk’ とする。
通信範囲計算部13は、先ずクラスタ数k をk’ 以下に減少させていく方向への最適化計算を開始する。例えば、先ずステップS42によりフラグf_n が“1”になっているか否かを判定し、まだf_n =“1”でなければステップS43により変数s を初期値“1”に設定する。変数s は、クラスタリングを計算する際のクラスタIDを表す一時変数である。通信範囲計算部13は、次にステップS44で上記クラスタIDの変数s が変数k_n を超えたか否かを監視し、超えていなければステップS45~S48によるクラスタリングの最適化計算を以下のように実行する。
通信範囲計算部13は、先ずステップS54によりフラグf_p が“1”になっているか否かを判定し、まだf_p =“1”でなければステップS55によりクラスタIDの変数s を初期値“1”に設定する。通信範囲計算部13は、次にステップS56で上記クラスタIDの変数s が変数k_p を超えたか否かを監視し、超えていなければステップS57~S61によるクラスタリングの最適化計算を以下のように実行する。
上記クラスタ数k を減少させていく方向の最適化計算と、クラスタ数k を増加させていく方向の最適化計算とを交互に実行した結果、あるクラスタ数k に対するクラスタリング計算の結果、フラグf_p およびf_n がいずれも“1”となったとする。そうすると通信範囲計算部13は、例えばクラスタ数k を減少させていく方向の最適化計算を行っていた場合には、ステップS51からステップS52に移行し、クラスタ数k_n+1をクラスタ数k とし、かつこのときのクラスタ数k を最適なクラスタ数k’ に設定し、処理を終了する。
以上詳述したように一実施形態では、通信範囲制御装置CSを新たに設けている。そして、この通信範囲制御装置CSにより、一定の時間間隔で、サーバSV1,SV2の設置位置および処理能力を表す情報と、各基地局BS1~BS5の設置位置情報と、取得された各デバイスの存在位置情報とに基づいて、サーバSV1,SV2と各デバイスとの間の通信距離が最小となり、かつ当該サーバSV1,SV2がいずれも過負荷状態にならないという要件を満たす、サーバSV1,SV2にとって最適な通信範囲を求めるためのクラスタリング計算を行っている。そして、このクラスタリング計算により求められた最適な通信範囲を示す情報に基づいて、サーバSV1,SV2に対する基地局BS1~BS5の割り当てを更新するようにしている。
前記一実施形態では、予め設定した一定の周期で最適な通信範囲を求めるためのクラスタリング計算を行うようにしたが、サーバまたは基地局が新設されるか或いは設置位置が変更になった時点にも実行するようにしてもよい。また、固定設置タイプのデバイスが新設されたり或いは設置位置が変更された時点で実行するようにしてもよい。
第1の態様は、通信範囲計算部により、データ処理を行うデータ処理装置の候補数を変化させながら、当該データ処理装置と複数のデバイスとの間の通信距離が最小となり、かつ前記データ処理装置の処理負荷量が予め設定された閾値以下となるときの、前記データ処理装置の数と、当該データ処理装置に対する基地局の割当数を計算する最適化計算を行い、当該最適化計算の結果を、前記通信範囲を表す情報とするものである。
通信範囲計算部により、複数のデバイスの存在位置と、複数のデータ処理装置の配置位置およびデータ処理能力と、複数の基地局の配置位置とに基づいて、上記複数のデータ処理装置が担当する無線エリアの最適範囲が計算され、この計算された通信範囲に基づいて複数のデータ処理装置の各々に対しデータの処理を担当する基地局が割り当てられる。
SV1,SV2…サーバ、
BS1~BS5…基地局、
E1~E5…無線エリア、
NW…ネットワーク、
TM…管理用端末、
1…制御ユニット、
2…記憶ユニット、
3…インタフェースユニット、
11…サーバ・基地局管理部、
12…デバイス位置情報取得部、
13…通信範囲計算部、
14…基地局割当制御部、
21…サーバ管理情報記憶部、
22…基地局管理情報記憶部、
23…デバイス位置情報記憶部、
24…基地局割当情報記憶部、
31…端末インタフェース部、
32…通信インタフェース部。
Claims (7)
- 各々が無線エリアを形成する複数の基地局と、前記無線エリアに存在する移動可能な複数のデバイスが送信するデータを前記基地局のいずれかを介して受信する地理的に分散して配置される複数のデータ処理装置との間での通信を制御可能な通信範囲制御装置であって、
前記データ処理装置の配置位置およびデータ処理能力を表す第1の情報と、前記基地局の配置位置を表す第2の情報をそれぞれ管理する情報管理部と、
前記デバイスから自身の存在位置を表す情報を任意のタイミングで取得する取得部と、
前記存在位置を表す情報と、前記情報管理部により管理される前記第1の情報および前記第2の情報とに基づいて、前記存在位置を表す情報が取得されるごとに前記データ処理装置の各々に割り当てる前記基地局を特定する通信範囲計算部と、
前記通信範囲計算部の前記特定の結果に基づいて、前記データ処理装置の各々に対し割り当てる前記基地局の情報を送信する基地局割当制御部と
を具備する通信範囲制御装置。 - 前記通信範囲計算部は、前記データ処理装置の候補数を変化させながら繰り返し計算を行うことにより、前記第1の情報および前記第2の情報の各々に含まれる配置位置を表す情報、および前記存在位置を表す情報から得られる前記データ処理装置と前記複数のデバイスとの間の通信距離の平均が最小または予め設定された第1の閾値以下となり、かつ前記データ処理装置がデータを受信する前記デバイスの数が前記第1の情報に含まれるデータ処理能力を表す情報に基づき設定された第2の閾値以下となるような数の前記データ処理装置を選択し、当該データ処理装置に割り当てる前記基地局を特定する、請求項1に記載の通信範囲制御装置。
- 前記通信範囲計算部は、前記繰り返し計算を開始する際に、前回の繰り返し計算により求められたデータ処理装置の数を前記データ処理装置の候補数の初期値に設定する、請求項2に記載の通信範囲制御装置。
- 前記通信範囲計算部は、前記設定された候補数の初期値を起点として、前記候補数を単位数減少させて前記繰り返し計算を実行する第1の処理と、前記候補数を単位数増加させて前記繰り返し計算を実行する第2の処理とを交互に実行し、前記第1の処理において前記データ処理装置がデータを受信する前記デバイスの数が前記第2の閾値を超えた時点で前記第1の処理を停止させ、前記第2の処理において前記データ処理装置がデータを受信する前記デバイスの数が前記第2の閾値以下になった時点で前記第2の処理を停止させる、請求項3に記載の通信範囲制御装置。
- 前記基地局割当制御部は、前記通信範囲計算部の計算結果に基づいて、前記複数のデータ処理装置のうち前記基地局を割り当てるデータ処理装置を動作状態に設定し、前記基地局を割り当てないデータ処理装置を動作停止状態に設定する、請求項1に記載の通信範囲制御装置。
- 各々が無線エリアを形成する複数の基地局と、前記無線エリアに存在する移動可能な複数のデバイスが送信するデータを前記基地局のいずれかを介して受信する地理的に分散して配置される複数のデータ処理装置との間での通信を制御可能な装置が実行する通信範囲制御方法であって、
前記デバイスから自身の存在位置を表す情報を任意のタイミングで取得する過程と、
前記存在位置を表す情報と、前記データ処理装置の配置位置およびデータ処理能力を表す第1の情報と、前記基地局の配置位置を表す第2の情報とに基づいて、前記存在位置を表す情報が取得されるごとに前記データ処理装置の各々に割り当てる前記基地局を特定する過程と、
前記特定の結果に基づいて、前記データ処理装置の各々に対し割り当てる前記基地局の情報を送信する過程と
を具備する通信範囲制御方法。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の通信範囲制御装置が備える前記各部の処理を、前記通信範囲制御装置のプロセッサに実行させるプログラム。
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