JP7268733B2 - 制御局装置および無線端末局装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の無線通信システムが混在するヘテロジニアスネットワークにおける制御局装置および無線端末局装置に関する。
近年、スマートフォンなどの無線端末局装置の爆発的な普及に起因して、無線トラヒックが増加し続けている。これらの無線トラヒックを収容するために、モバイルネットワーク、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線通信システムが様々な場所に設置されるだけでなく、それぞれの無線通信システムにおける伝送速度が増加している。
さらに、スマートフォンに加えて、ＩｏＴ端末など多種多様な無線端末局装置も増加しており、それぞれの要求条件に応じた無線通信システムの配備が行われている。このような複数の無線通信システムが混在するヘテロジニアスネットワーク環境において、各々の無線通信システムのパラメータ設定や無線端末局装置に最適な無線通信システムの選択などに関する研究開発が盛んに行われている（例えば、非特許文献１参照）。
Damnjanovic,Aleksandar,et al."A survey on 3GPP heterogeneous networks."IEEE Wireless communications 18.3(2011):10-21.
ヘテロジニアスネットワークにおいて、無線端末局装置が複数の無線通信システムから一つを選択して通信を行う場合の選択の手法として、ネットワーク上の制御局装置が複数の無線通信システムによりサービスを提供するエリア全体を考慮して各無線端末局装置が選択すべき無線通信システムを指定する集中制御と、無線端末局装置が個別に無線通信システムを選択する自律分散制御とがある。
集中制御は、エリア全体の無線環境の状況把握が可能となるため、最適な無線通信システムを選択することができる。しかしながら、制御局装置側において、無線環境の情報収集にかかる負荷や最大パフォーマンスが得られる無線通信システムを選択するための計算時間などが増加するという課題がある。
一方、自律分散制御は、無線端末局装置が自らで周辺環境の状況を把握しながら無線通信システムの選択を行うため、集中制御と比較して制御局装置側の負荷は小さくなるものの、最大パフォーマンスを得ることは難しいという課題がある。
さらに、無線端末局装置が動的に移動する場合や無線端末局装置の周辺の無線環境が動的に変化する場合には、効果は限定的となる可能性があり、常に最適な無線通信システムが選択されるとは限らない。
本発明では、複数の無線通信システムが混在するヘテロジニアスネットワークにおいて、集中制御および自律分散制御の課題を解決し、制御局装置の負荷や計算時間を抑えつつ、各無線端末局装置のパフォーマンスを最大化する最適な無線通信システムを選択できる制御局装置および無線端末局装置を提供することを目的とする。
本発明に係る制御局装置は、システムの種類が異なる複数の無線通信システムの中から１つの前記無線通信システムを選択して無線通信を行う無線端末局装置から取得する情報に基づいて、複数の前記無線通信システムの優先順位を算出し、複数の前記無線通信システムの優先順位を示す選択ポリシーを生成するポリシー生成部と、複数の前記無線通信システムの優先順位を示す前記選択ポリシーを前記無線端末局装置に配信するポリシー配信部と、前記無線端末局装置から無線通信に関する情報を取得する品質管理部と、エリア内の画像を撮影するカメラから取得した画像を解析する画像解析部と、を有し、前記ポリシー生成部は、前記品質管理部が前記無線端末局装置から取得した無線通信に関する情報に基づいて、複数の前記無線通信システムの中から前記無線端末局装置に適した前記無線通信システムを選択するための前記優先順位を算出し、前記品質管理部は、前記画像解析部が出力する解析結果と、前記無線端末局装置から取得した無線通信に関する情報とを管理し、前記ポリシー生成部は、前記品質管理部が管理する前記解析結果と前記無線通信に関する情報とに基づいて、複数の無線通信システムの中から無線通信を行う１つの無線通信システムを前記無線端末局装置が選択するための優先順位を示す選択ポリシーを生成することを特徴とする。
本発明に係る無線端末局装置は、複数の無線通信システムとの間の無線通信に関する情報を収集して、制御局装置に送信する通信部と、前記制御局装置に複数の無線通信システムの中から無線通信を行う１つの無線通信システムを選択するための優先順位を示す選択ポリシーを要求するポリシー要求部と、前記制御局装置から取得した前記選択ポリシーを保存するポリシー保存部と、前記ポリシー保存部が保存する前記選択ポリシーに基づいて、複数の無線通信システムの中から無線通信を行う１つの無線通信システムを選択するシステム選択部と、自装置の位置、移動および周辺の環境に関する情報を取得し、前記情報が変動した場合に、前記ポリシー要求部にトリガ信号を出力するセンシング部と、を有し、前記ポリシー要求部は、前記センシング部からトリガ信号を入力した場合に、前記制御局装置に前記選択ポリシーを要求する要求信号を送信することを特徴とする。
本発明に係る制御局装置および無線端末局装置は、複数の異なる無線通信システムが混在するヘテロジニアスネットワークにおいて、ネットワーク上に配置される制御局装置がエリア毎の各無線通信システムの優先順位を示す選択ポリシーを配信し、無線端末局装置が選択ポリシーの優先順位に従って無線通信システムを選択することにより、従来技術の集中制御および自律分散制御の課題を解決し、制御局装置の負荷や計算時間を抑えつつ、各無線端末局装置のパフォーマンスを最大化する最適な無線通信システムを選択することができる。
本実施形態に係るヘテロジニアスネットワークの一例を示す図である。 本実施形態に係る制御装置の一例を示す図である。 制御装置の記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。 品質管理部内の情報の一例を示す図である。 本実施形態に係る無線基地局の一例を示す図である。 本実施形態に係る無線端末局の一例を示す図である。 本実施形態に係るポリシー生成手順の一例を示す図である。 選択ポリシーを定期的に生成および配信する手順の一例を示す図である。 イベント検出時に選択ポリシーを生成および配信する手順の一例を示す図である。 要求信号の受信時に選択ポリシーを生成および配信する手順の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明に係る制御局装置および無線端末局装置の実施形態について説明する。なお、以降の実施形態では、制御局装置を制御装置、無線端末局装置を無線端末局と称する。
図１は、本実施形態に係るヘテロジニアスネットワーク１００の一例を示す。図１に示すヘテロジニアスネットワーク１００は複数のエリア１０４を有し、それぞれのエリア１０４には異なる無線通信システムに対応する複数の無線基地局１０１が配置され、それぞれの無線基地局１０１はネットワーク１０５を介して制御装置１０６に接続されている。また、各エリア１０４内では、複数の無線端末局１０２が使用され、エリア１０４内の周辺環境を取得するための画像を撮影するカメラ１０３が配置されている。なお、エリア１０４は、１つの無線通信システムの無線基地局１０１がカバーする通信エリアではなく、複数の無線通信システムのいずれかにより通信可能な範囲である。
図１の例では、エリア１０４（Ａ）には、異なるｍ（ｍは正の整数）種類の無線通信システム（図１では、システム１、システム２、システム３、・・・、システムｍと記載）にそれぞれ対応するｍ台の無線基地局１０１－１（Ａ）、無線基地局１０１－２（Ａ）、無線基地局１０１－３（Ａ）、・・・、無線基地局１０１－ｍ（Ａ）が配置されている。なお、図１において、無線基地局はＢＳと記載されており、例えば「システム１（ＢＳ）」のブロックは無線基地局１０１－１（Ａ）を示す。
そして、エリア１０４（Ａ）には、ｎ（ｎは正の整数）台の無線端末局１０２－１（Ａ）、無線端末局１０２－２（Ａ）、・・・、無線端末局１０２－ｎ（Ａ）が使用され、１台のカメラ１０３（Ａ）が配置されている。なお、図１において、無線端末局はＴＭと記載されている。図１の例では、無線端末局１０２－１（Ａ）はシステムｍに対応する無線基地局１０１－ｍ（Ａ）に接続され、無線端末局１０２－２（Ａ）はシステム２に対応する無線基地局１０１－２（Ａ）に接続され、無線端末局１０２－ｎ（Ａ）はシステム１に対応する無線基地局１０１－１（Ａ）に接続されている。また、カメラ１０３（Ａ）はシステム３に対応する無線基地局１０１－３（Ａ）に接続されている。なお、カメラ１０３は、複数台であってもよい。また、無線端末局１０２がスマートフォンなどのカメラ機能を有する端末である場合、無線端末局１０２のカメラ機能をカメラ１０３の代わりに利用してもよい。
同様に、エリア１０４（Ｃ）には、異なるｊ（ｊは正の整数）種類の無線通信システム（図１では、システム１、システム２、システム３、・・・、システムｊと記載）にそれぞれ対応するｊ台の無線基地局１０１－１（Ｃ）、無線基地局１０１－２（Ｃ）、無線基地局１０１－３（Ｃ）、・・・、無線基地局１０１－ｊ（Ｃ）が配置されている。
そして、エリア１０４（Ｃ）には、ｋ（ｋは正の整数）台の無線端末局１０２－１（Ｃ）、無線端末局１０２－２（Ｃ）、・・・、無線端末局１０２－ｋ（Ｃ）が使用され、１台のカメラ１０３（Ｃ）が配置されている。図１の例では、無線端末局１０２－１（Ｃ）およびカメラ１０３（Ｃ）はシステム２に対応する無線基地局１０１－２（Ｃ）に接続され、無線端末局１０２－２（Ｃ）はシステムｊに対応する無線基地局１０１－ｊ（Ｃ）に接続され、無線端末局１０２－ｋ（Ｃ）はシステム３に対応する無線基地局１０１－３（Ｃ）に接続されている。なお、図１では、エリア１０４（Ａ）とエリア１０４（Ｃ）とが重なることなく分離して記載されているが、各エリア１０４が互いに重なっていてもよい。
ここで、無線端末局１０２は使用者の動きに応じて移動し、例えば他のエリア１０４に移動した場合、当該無線端末局１０２は移動先のエリア１０４のいずれかの無線基地局１０１に接続される。なお、無線端末局１０２は、エリア１０４に入って最初に接続する無線基地局１０１は、どの無線通信システムに対応した無線基地局１０１であってもよく、以降の実施形態で説明する無線端末局１０２は、一旦、いずれかの無線基地局１０１に接続後に、複数の無線通信システムの中で最大のパフォーマンスが得られる無線基地局１０１を選択することができる。図１の例では、無線基地局１０１－１（Ａ）に接続されている無線端末局１０２－ｎ（Ａ）がエリア１０４（Ａ）からエリア１０４（Ｃ）に移動した場合、無線端末局１０２－ｎ（Ａ）は、エリア１０４（Ｃ）の複数の無線通信システムの中のいずれかの無線基地局１０１に一旦接続後に、後述の方法により、エリア１０４（Ｃ）の複数の無線通信システムの中で最大のパフォーマンスが得られる無線基地局１０１を選択して接続する。
なお、以降の説明において、エリア１０４（Ａ）のｍ台の無線基地局１０１－１（Ａ）から無線基地局１０１－ｍ（Ａ）およびエリア１０４（Ｃ）のｊ台の無線基地局１０１－１（Ｃ）から無線基地局１０１－ｊ（Ｃ）に共通の説明を行う場合は、符号後半の「－数字（アルファベット）」を省略して、無線基地局１０１と表記する。同様に、エリア１０４（Ａ）のｎ台の無線端末局１０２－１（Ａ）から無線端末局１０２－ｎ（Ａ）およびエリア１０４（Ｃ）の無線端末局１０２－１（Ｃ）から無線端末局１０２－ｋ（Ｃ）に共通の説明を行う場合は、符号末尾の「－数字（アルファベット）」を省略して、無線端末局１０２と表記する。また、エリア１０４（Ａ）およびエリア１０４（Ｃ）についても共通の説明を行う場合は、エリア１０４と表記する。カメラ１０３（Ａ）およびカメラ１０３（Ｃ）についても同様である。なお、無線基地局１０１の符号後半の「－数字」は、当該無線基地局１０１が対応する無線通信システムの種類を示す番号であり、エリア１０４（Ａ）の無線基地局１０１－１（Ａ）とエリア１０４（Ｃ）の無線基地局１０１－１（Ｃ）は、同じシステム１の種類に対応する無線基地局１０１である。また、無線基地局１０１、無線端末局１０２およびカメラ１０３の符号末尾の（アルファベット）は個々のエリア１０４を示している。
図１に示した本実施形態に係るヘテロジニアスネットワーク１００では、各エリア１０４の無線端末局１０２は、最大のパフォーマンスで無線通信を行うことが可能な無線通信システムを選択することができる。このために、制御装置１０６は、各無線端末局１０２から得られる無線通信に関する情報（無線環境）やカメラ１０３が撮影した画像から得られる情報（周辺環境）などに基づいて、無線端末局１０２が最適な無線通信システムを選択するためのポリシー（選択ポリシー）を作成して無線端末局１０２に提供する。そして、無線端末局１０２は、制御装置１０６から提供される選択ポリシーに基づいて、パフォーマンスを最大化する最適な無線通信システムを選択する。
このように、本実施形態に係るヘテロジニアスネットワーク１００は、従来技術で説明した集中制御と自律分散制御との両方の利点を活かしつつ、従来技術の課題を解消することができる。
＜制御装置１０６＞
図２は、本実施形態に係る制御装置１０６の一例を示す。図２において、制御装置１０６は、ネットワーク１０５を介して複数のエリア１０４にそれぞれ配置された複数の無線基地局１０１に接続され、各エリア１０４の無線端末局１０２やカメラ１０３との間で様々な情報を通信し、エリア１０４毎および環境毎の無線通信システムの優先順位を算出し、無線端末局１０２毎に作成した選択ポリシーを各無線端末局１０２に配信する。
例えば本実施形態では、制御装置１０６は、無線端末局１０２から無線通信に関する情報および選択ポリシーの要求信号などを受信し、カメラ１０３から画像情報を受信する。そして、制御装置１０６は、無線通信に関する情報および画像情報などに基づいて、無線端末局１０２が無線通信システムを選択するための複数の無線通信システムの優先順位を示す選択ポリシーを作成し、作成した選択ポリシーを無線端末局１０２に配信する。
図２において、制御装置１０６は、通信部２０１、記憶部２０２、画像解析部２０３、品質管理部２０４、ポリシー生成部２０５およびポリシー配信部２０６を有する。なお、図２において、一般的な制御装置に搭載される機能ブロックは省略されている。
通信部２０１は、ネットワーク１０５を介してカメラ１０３から送信された画像情報を受信して、画像解析部２０３に出力する。また、ネットワーク１０５を介して各無線端末局１０２から無線通信に関する情報（受信強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）、スループット、接続数および設定パラメータ（変調方式、誤り訂正方式、通信速度などのパラメータ）などの情報）を受信して、記憶部２０２に出力する。なお、無線通信に関する情報にパケット遅延に関する情報が含まれていてもよい。また、通信部２０１は、ネットワーク１０５を介して無線端末局１０２から受信する選択ポリシーの要求信号をポリシー生成部２０５に出力する。さらに、通信部２０１は、ポリシー配信部２０６から出力される選択ポリシーをネットワーク１０５を介して各無線端末局１０２に出力する。なお、図２に示した各機能ブロックは、各種の情報を読み取ることができるようにブロック間で相互に信号を変換する機能を有するものとする。
記憶部２０２は、通信部２０１から入力される無線通信に関する情報と画像解析部２０３から入力されるイベントの情報とを関連付けてメモリなどの記憶媒体に記憶する。なお、記憶部２０２に記憶される情報の例は後述する。また、例えば無線端末局１０２の無線通信に関する情報は時々刻々と変化するので、時系列順に複数の情報が記憶部２０２に記憶される。なお、過去の情報を統計処理した統計情報が記憶部２０２に記憶されてもよい。記憶部２０２に記憶された情報は、品質管理部２０４により読み出される。ここで、イベントの情報は、例えば、人の有無、人の数、物の有無、物の数、物の種類、人や物の変動率などである。なお、変動率は、人や物の動き（位置の変化、移動方向および移動速度など）を示す値である。
画像解析部２０３は、通信部２０１を介して受信するカメラ１０３の画像からイベントを抽出し、記憶部２０２に出力する。また、画像解析部２０３は、人や物の移動など環境変化をイベントの変化として判別し、イベントの変化が発生したときに、ポリシー生成部２０５にイベントの変化を環境変動情報として出力する。ここで、イベントの変化は、例えば記憶部２０２に記憶された時系列順に前後するイベントを比較して、予め設定された閾値以上の変化があるか否かにより判別できる。これにより、画像解析部２０３は、例えばエリア１０４内の人の数が増えた場合に、イベントの変化が発生したと判断して、ポリシー生成部２０５に人の数が増えたという環境変動情報を出力する。なお、イベントは、無線端末局１０２毎に求めてもよいし、エリア１０４全体で求めてもよい。
品質管理部２０４は、各エリア１０４に対して記憶部２０２に記憶された情報からイベント毎の選択すべき無線通信システムの優先順位を算出する。優先順位の算出方法は、例えばイベント毎に各無線通信システムのエリア１０４全体の平均スループットを求め、平均スループットの高い順に無線通信システムを並べる。例えばイベント１に対するエリア１０４（Ａ）の無線通信システムの種類がシステム１の平均スループットがＰｔｈ１、イベント１に対するエリア１０４（Ａ）の無線通信システムの種類がシステム２の平均スループットがＰｔｈ２で、Ｐｔｈ１＜Ｐｔｈ２の場合、エリア１０４（Ａ）のイベント１に対する無線通信システムの優先順位は、平均スループットが高い順に、システム２、システム１、・・・となる。なお、平均遅延や最低スループットを基準に優先順位を算出しても構わない。このようにして求めたエリア１０４毎およびイベント毎の無線通信システムの優先順位の情報は、ポリシー生成部２０５に出力される。ここで、品質管理部２０４は、イベントをエリア１０４全体で求める場合、各エリア１０４の全ての無線端末局１０２のイベントは同じになる。この場合、品質管理部２０４は、無線端末局１０２毎の無線通信に関する情報（スループットなど）に基づいて、エリア１０４毎の無線通信システムの優先順位を算出するが、エリア１０４全体のイベントに基づいて優先順位を調整するようにしてもよい。なお、品質管理部２０４による優先順位の算出方法については後で詳しく説明する。
ポリシー生成部２０５は、品質管理部２０４から入力される情報と画像解析部２０３から入力される情報とに基づいて、無線端末局１０２毎の選択ポリシーを生成する。また、ポリシー生成部２０５は、画像解析部２０３からイベント変化の発生が通知された場合、選択ポリシーを更新する。さらに、通信部２０１から入力される無線端末局１０２からの要求信号に応じて選択ポリシーを生成する。そして、ポリシー生成部２０５は、生成した選択ポリシーをポリシー配信部２０６に出力する。なお、ポリシー生成部２０５は、選択ポリシーを生成する際に、全ての無線端末局１０２が同一の選択ポリシーにならないように、一部の優先順位を入れ替えても構わない 。一例として、複数の無線端末局１０２の選択ポリシーが同一の選択ポリシーに集中している場合、２番目の優先順位のスループットが高い無線端末局１０２の選択ポリシーの優先順位の１番目と２番目の無線通信システムを入れ替えるようにしてもよい。或いは、１番目の優先順位と２番目の優先順位の無線通信システムのスループットの差が小さい無線端末局１０２の選択ポリシーの優先順位の１番目と２番目の無線通信システムを入れ替えるようにしてもよい。このような処理を行うことにより、特定の無線通信システムへの集中が回避される。
ポリシー配信部２０６は、ポリシー生成部２０５から出力される選択ポリシーを通信部２０１に出力する。
このように、本実施形態に係る制御装置１０６は、無線端末局１０２から受信する無線通信に関する情報およびカメラ１０３から受信する画像情報などに基づいて、無線端末局１０２が使用する無線通信システムを選択するための複数の無線通信システムの優先順位などを示す選択ポリシーを作成し、作成した選択ポリシーを無線端末局１０２に送信することができる。
図３は、制御装置１０６の記憶部２０２に記憶される情報の一例を示す。図３の例では、記憶部２０２には、エリア１０４毎に、無線通信システムの種類（図３では「無線通信システム」を略して「システム」と記載）、接続数、無線端末局、受信強度、スループットおよびイベントの種類、などの項目が関連付けられた情報が記憶されている。
図３の例では、エリア１０４（Ａ）には、システム１とシステム２の２つの種類の無線通信システムに対応する無線基地局１０１が存在し、システム１の接続数は１０、システム２の接続数は２０である。ここで、接続数は、当該システムに接続される無線端末局１０２の数を示し、図３の例では、システム１には無線端末局１０２－１（Ａ）、無線端末局１０２－２（Ａ）、・・・、無線端末局１０２－１０（Ａ）の１０台の無線端末局１０２が接続され、システム２には無線端末局１０２－１１（Ａ）、無線端末局１０２－１２（Ａ）、無線端末局１０２－１３（Ａ）、・・・、無線端末局１０２－３０（Ａ）の２０台の無線端末局１０２が接続されている。そして、各無線端末局１０２から受信した受信強度およびスループットの情報と、画像解析部２０３がカメラ１０３の画像から抽出したイベントの情報とが無線端末局１０２別に対応付けて記憶部２０２に記憶されている。
図３において、例えばシステム１の無線端末局１０２－１（Ａ）の受信強度は－３０ｄＢｍ、スループットは１０Ｍｂｐｓ、イベントの種類はイベント１である。ここで、イベント１、イベント２、イベント３、・・・、イベントＥなどは、先に説明したように、例えば、人の有無、人の数、物の有無、物の数、物の種類、人や物の変動率などに対応する情報であり、一例として、イベント１は「人が多い」状態を示し、イベント２は「人が少ない」状態を示し、イベント３は「物の変動率が高い」状態を示し、イベントＥは「物の数が少ない」状態などを示す。なお、各無線端末局１０２のイベントの種類は、画像解析部２０３がカメラ１０３の画像情報に基づいて判別する。
ここで、図３では、各無線端末局１０２毎にイベントを抽出するものとして説明しているが、カメラ１０３は、エリア１０４全体の画像を撮影するので、エリア１０４全体でイベントを取得してもよい。この場合、例えばエリア１０４（Ａ）に対して、「人が多い」状態、「人の動きが速い」状態などのイベントの種類が判別されるので、図３の例では、同じエリア１０４（Ａ）に存在するシステム１の１０台の無線端末局１０２およびシステム２の２０台の無線端末局１０２は、イベントの種類が同じ（例えばイベント１）になる。
なお、無線端末局１０２毎にイベントを抽出する場合、例えば、無線端末局１０２の位置情報を取得して、カメラ１０３が撮影したエリア１０４全体の画像から無線端末局１０２周辺の画像を抽出することにより、無線端末局１０２毎のイベントの取得が可能である。ここで、無線端末局１０２の位置情報は、例えばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）や無線基地局１０１のビーコンなどから受信する情報により無線端末局１０２自身が取得可能であり、無線端末局１０２から制御装置１０６に送信される無線通信に関する情報に位置情報を含めて送信することができる。この場合、制御装置１０６の画像解析部２０３は、予め決められた位置で撮影されるエリア１０４全体のカメラ１０３の画像と、無線端末局１０２の位置情報とをオーバーラップさせることにより、画像内の無線端末局１０２の位置が分かるので、当該無線端末局１０２周辺の画像を抜き出して解析することができる。このようにして、画像解析部２０３は、エリア１０４全体のイベントだけでなく、無線端末局１０２毎にイベントを抽出することができる。
図４は、品質管理部２０４内の情報の一例を示す。図４の例では、エリア１０４毎に、無線通信システムの種類（図３では「無線通信システム」を略して「システム」と記載）、接続数、無線端末局、受信強度、スループットおよびイベントの種類、などの項目が関連付けられた情報が記憶されている。
ここで、イベント１（Ａ）の符号末尾の（＊）はエリア１０４の識別符号を示し、イベント＊はイベントの種類を示す。例えばイベント１（Ａ）は、エリア１０４（Ａ）におけるイベント１の場合を示す。同様に、イベント２（Ａ）はエリア１０４（Ａ）におけるイベント２、イベントＥ（Ａ）はエリア１０４（Ａ）におけるイベントＥ、をそれぞれ示す。また、エリア１０４（Ｃ）においても同様に、イベント１（Ｃ）はエリア１０４（Ｃ）におけるイベント１、イベント２（Ｃ）はエリア１０４（Ｃ）におけるイベント２、イベントＥ（Ｃ）はエリア１０４（Ｃ）におけるイベントＥ、の場合をそれぞれ示す。
なお、イベントの種類は、図３で説明したように、例えばイベント１は「人が多い」状態を示し、イベント２は「人が少ない」状態を示し、イベントＥは「物の数が少ない」状態などを示す。
図４の例では、エリア１０４（Ａ）における各イベント（イベント１、イベント２、・・・、イベントＥ）毎の無線通信システムの優先順位が管理されている。
品質管理部２０４は、図３で説明した記憶部２０２に記憶された情報に基づいて、図４に示すようなエリア１０４毎およびイベントの種類毎の無線通信システムの優先順位の情報を作成する。
例えば図３において、エリア１０４（Ａ）全体でシステム１のイベント１に対応する無線端末局１０２は、無線端末局１０２－１（Ａ）と無線端末局１０２－２（Ａ）の２台なので、無線端末局１０２－１（Ａ）と無線端末局１０２－２（Ａ）の平均スループットが求められる。図３の例では、エリア１０４（Ａ）のシステム１のイベント１に対応する平均スループットＰｔｈ１は、（１０＋１００）／２＝５５Ｍｂｐｓとなる。同様に、エリア１０４（Ａ）のシステム２のイベント１に対応する無線端末局１０２は、無線端末局１０２－１２（Ａ）と無線端末局１０２－１３（Ａ）の２台なので、無線端末局１０２－１２（Ａ）と無線端末局１０２－１３（Ａ）の平均スループットが求められる。図３の例では、エリア１０４（Ａ）のシステム２のイベント１に対応する平均スループットＰｔｈ２は、（１０＋３０）／２＝２０Ｍｂｐｓとなる。この場合、エリア１０４（Ａ）において、システム１のイベント１に対応する平均スループットＰｔｈ１は、システム２の同じイベント１に対応する平均スループットＰｔｈ２よりも高いので、エリア１０４（Ａ）のイベント１に対する優先順位は、高い方からシステム１、システム２の順になる。このようにして、図４の１列目のエリア１０４（Ａ）のイベント１（Ａ）の優先順位が求められる。なお、図４において、イベント１（Ａ）はエリア１０４（Ａ）のイベント１を示す。同様に、品質管理部２０４は、図４に示すように、各エリア１０４においてイベントの種類毎に無線通信システムの優先順位を求めることができる。
このようにして、品質管理部２０４は、各エリア１０４において、イベント毎の各無線通信システムのエリア１０４全体の平均スループット（または平均遅延や最低スループット）を求め、平均スループットの高い順（または平均遅延の小さい順や最低スループットの高い順）に無線通信システムを並べることにより、図４に示すような各エリア１０４のイベント毎の優先順位の情報を作成して管理することができる。
そして、ポリシー生成部２０５は、図４に示すような品質管理部２０４が管理する情報と、画像解析部２０３の解析結果とに基づいて、選択ポリシーを生成する。例えば、エリア１０４（Ａ）の無線端末局１０２に対する画像解析部２０３の解析結果がイベント１（Ａ）である場合、図４の例では、エリア１０４（Ａ）の１列目のイベント１（Ａ）の優先順位が選択ポリシーとして生成され、当該選択ポリシーがポリシー配信部２０６から無線端末局１０２に送信される。そして、無線端末局１０２は、選択ポリシーの優先順位が最も高いシステム１を選択する。
また、ポリシー生成部２０５は、無線端末局１０２から選択ポリシーの要求信号を受信したときに、画像解析部２０３の当該無線端末局１０２に対する解析結果がイベント１（Ａ）からイベント２（Ａ）に変化した場合、ポリシー生成部２０５は、例えば図４のエリア１０４（Ａ）の２列目のイベント２（Ａ）の優先順位を選択ポリシーとして生成し、当該選択ポリシーがポリシー配信部２０６から無線端末局１０２に送信される。これにより、無線端末局１０２は、イベント１（Ａ）の場合の優先順位が最も高いシステム１から、イベント２（Ａ）の場合の優先順位が最も高いシステム５に接続先を変更することができる。
このようにして、無線端末局１０２は、複数の無線通信システムの中で最大のパフォーマンスが得られる無線基地局１０１を選択して無線通信を行うことができる。
次に、品質管理部２０４による優先順位の算出方法について詳しく説明する。品質管理部２０４は、記憶部２０２に記憶された情報に基づいて、選択すべき無線通信システムの優先順位を算出する。先に説明したように、このとき、イベントは、画像解析部２０３がカメラ１０３の画像情報を解析して、例えば人や物の状態および変動を抽出する。
なお、上記の例では、品質管理部２０４は、エリア１０４毎に各イベントに対応して、例えば平均スループット（平均遅延や最低スループットでもよい）を求めて、無線通信システムの優先順位を機械的に算出したが、下記のようにイベントの種類に応じて好ましい無線通信システムを予め決めておいてもよい。或いは、下記の条件を満たす無線通信システムの優先順位が高くなるように、算出した優先順位を調整するようにしてもよい。
・イベント（１）「人（＝無線端末局）が多い」：この場合、収容力を上げる必要があるので、「狭帯域化」の無線通信システムを選択するのが好ましい。
・イベント（２）「人（＝無線端末局）の動きが速い」：この場合、収容力を上げて通信時間を短くする必要があるので、「狭帯域化，短パケット化」の無線通信システムを選択するのが好ましい。
・イベント（３）「見通しが取れない（物が多い）」：この場合、物の影などでも通信が可能なように、「低周波化」の無線通信システムを選択するのが好ましい。
・イベント（４）「見通しが取れる（物が少ない）」：この場合、見通し通信が可能なので、「高周波化」の無線通信システムを選択するのが好ましい。
このように、本実施形態に係るヘテロジニアスネットワーク１００では、イベントの種類に応じて、無線端末局１０２のパフォーマンスを最大化する最適な無線通信システムを選択することができる。
ここで、１つの応用例として、無線端末局１０２の特性や状態に応じて、図４に示すエリア１０４とイベントに対応する優先順位を調整するようにしてもよい。例えば、無線端末局１０２の消費電力が大きい場合は、消費電力の小さい無線通信システムの優先順位が高くなるように調整し、逆に消費電力の大きい無線通信システムの優先順位が低くなるように調整してもよい。同様の例として、無線端末局１０２が移動端末である場合は通信状態の変動に強い無線通信システムの優先順位が高くなるように調整し、無線端末局１０２が固定端末である場合は高速通信が可能な無線通信システムの優先順位が高くなるように調整してもよい。
＜無線基地局１０１＞
図５は、本実施形態に係る無線基地局１０１の一例を示す。図５において、無線基地局１０１は、複数の異なる無線通信システムの少なくとも１つに対応し、無線端末局１０２との間で無線通信を行うことができる。例えば図１のエリア１０４（Ａ）において、無線基地局１０１－１（Ａ）はシステム１を用いた無線通信を無線端末局１０２との間で行うことができる。同様に、無線基地局１０１－２（Ａ）はシステム２、無線基地局１０１－３（Ａ）はシステム３、無線基地局１０１－ｍ（Ａ）はシステムｍ、をそれぞれ用いた無線通信を無線端末局１０２との間で行うことができる。
図５において、無線基地局１０１は、無線端末局側通信部３０１およびネットワーク側通信部３０２を有する。なお、図５において、一般的な無線基地局に搭載される機能ブロックは省略されている。
無線端末局側通信部３０１は、所定の無線通信システムにより、無線端末局１０２との間で無線通信を行うことができる。例えば図１において、無線基地局１０１－ｍ（Ａ）は、システムｍにより、無線端末局１０２－１（Ａ）、無線端末局１０２－２（Ａ）および無線端末局１０２－ｎ（Ａ）との間で無線通信を行うことができる。図１の例では、無線基地局１０１－１（Ａ）は無線端末局１０２－ｎ（Ａ）との間でシステム１により無線通信を行っている。同様に、無線基地局１０１－２（Ａ）は無線端末局１０２－２（Ａ）との間でシステム２により、無線基地局１０１－ｍ（Ａ）は無線端末局１０２－１（Ａ）との間でシステムｍにより、それぞれ無線通信を行っている。また、カメラ１０３（Ａ）は、無線基地局１０１－３（Ａ）との間でシステム３により無線通信を行っている。
ネットワーク側通信部３０２は、ネットワーク１０５を介して制御装置１０６との間で通信を行うことができる。本実施形態では、制御装置１０６から選択ポリシーの情報を受信して無線端末局側通信部３０１を介して無線端末局１０２に送信し、無線端末局側通信部３０１から入力するカメラ１０３が撮影した画像情報や無線端末局１０２が送信する無線通信に関する情報および選択ポリシーの要求信号をネットワーク側通信部３０２から制御装置１０６にそれぞれ送信する。
このように、無線基地局１０１は、無線端末局１０２およびカメラ１０３と制御装置１０６との間で通信される各種の情報を中継することができる。
ここで、図１の例では、各無線基地局１０１は、複数の異なる無線通信システムのうち１つの無線通信システムに対応するものとして説明したが、例えば無線基地局１０１－ｍ（Ａ）が複数の異なる無線通信システム（例えばシステムｍとシステム１の２種類）に対応していてもよい。また、エリア１０４（Ａ）の複数の無線基地局１０１が対応可能な無線通信システムの種類が、エリア１０４（Ｃ）の複数の無線基地局１０１が対応可能な無線通信システムの種類とが異なっていてもよい。例えばエリア１０４（Ａ）の無線基地局１０１－１（Ａ）のシステム１と、エリア１０４（Ｃ）の無線基地局１０１－１（Ｃ）のシステム１とが異なっていてもよい。
＜無線端末局１０２＞
図６は、本実施形態に係る無線端末局１０２の一例を示す。図６において、無線端末局１０２は、複数の異なる種類の無線通信システムの無線基地局１０１と通信を行うために、各無線通信システムに対応する複数の通信部４０１（通信部４０１－１から通信部４０１－ｐ（ｐは正の整数））、ポリシー保存部４０２、システム選択部４０３、センシング部４０４およびポリシー要求部４０５を有する。なお、図６において、一般的な無線端末局に搭載される機能ブロックは省略されている。また、無線端末局１０２がいずれかのエリア１０４に入ったときに最初に接続する無線基地局１０１は、どの無線通信方式を用いる無線基地局１０１であってもよい。
通信部４０１は、接続中の無線基地局１０１から受信する選択ポリシーをポリシー保存部４０２に出力する。また、システム選択部４０３が出力する選択信号によって、通信部４０１の無線通信機能のＯＮ／ＯＦＦを行う。例えば、システム選択部４０３から選択信号が入力された通信部４０１は、無線通信機能をＯＮにして、対応する無線基地局１０１との間で無線通信を行えるように設定する。逆に、選択信号が入力されない通信部４０１は、無線通信機能をＯＦＦにして、無線通信を行わないように設定する。また、通信部４０１は、ポリシー要求部４０５から選択ポリシーの要求信号が出力された場合、無線基地局１０１に当該要求信号を送信する。さらに、通信部４０１は、無線通信に関する情報を収集して制御装置１０６に送信する。ここで、無線通信に関する情報は、先に説明したように、例えば、受信強度、スループット、接続数および設定パラメータなどの情報を基本とし、パケット遅延に関する情報を含めてもよいし、自装置の位置情報など無線端末局１０２に関連する情報を含めてもよい。
ポリシー保存部４０２は、接続中の通信部４０１により受信される選択ポリシーをメモリなどの記憶媒体に保存する。また、ポリシー保存部４０２により保存された選択ポリシーは、システム選択部４０３により読み出される。
システム選択部４０３は、ポリシー保存部４０２から読み出した選択ポリシーに基づいて、優先順位が高い順に無線通信システムを選択する。
センシング部４０４は、無線端末局１０２自身が取得できる環境変動情報（位置情報，移動，周辺の環境変動など）から環境変動が発生したか否かを検出し、環境変動が発生したと認識した場合に、ポリシー要求部４０５にトリガ信号を出力する。ここで、周辺の環境変動は、例えば無線基地局１０１からビーコンなどを受信する受信電力の変動など無線通信に関する変動だけでなく、例えば無線端末局１０２がスマートフォンである場合、照度センサーによる明るさの変動であってもよい。或いは、スマートフォンのカメラによりリアルタイムで撮影される周辺の画像を無線端末局１０２自身が画像解析して、制御装置１０６の画像解析部２０３と同様に人や物の変動を検出するようにしてもよい。
ポリシー要求部４０５は、センシング部４０４から出力されるトリガ信号に応じて、選択ポリシーの更新を行うために新たな選択ポリシーの要求信号を通信部４０１に出力する。そして、要求信号は、通信部４０１から無線基地局１０１に送信され、無線基地局１０１からネットワーク１０５を介して制御装置１０６で受信される。
このようにして、本実施形態に係る無線端末局１０２は、制御装置１０６側から受け取る選択ポリシーに基づいて、優先順位が高い順に最適な無線通信システムを選択し、当該無線通信システムの無線基地局１０１と無線通信を行うことができる。また、無線端末局１０２は、環境変動が発生した場合に、新たな選択ポリシーを制御装置１０６に要求することにより、無線端末局１０２の位置が移動した場合や、周辺の環境などが変動した場合でも、最適な無線通信ステムに選択し直すことができる。
＜ポリシー生成手順＞
図７は、本実施形態に係るポリシー生成手順の一例を示す。図７において、ポリシー生成手順は、図２で説明した制御装置１０６の各部により実行される。
ステップＳ１０１において、制御装置１０６は、選択ポリシーの生成処理を開始する。
ステップＳ１０２において、制御装置１０６は、各無線通信システムの情報を取得する。例えば、複数の無線基地局１０１の各々が対応する無線通信システムの種類毎に接続されている無線端末局１０２の無線通信に関する情報を取得する。これにより、例えば図３で説明したように、無線通信システムの種類が「システム１」および「システム２」の無線基地局１０１に接続される無線端末局１０２の台数や、各々の無線端末局１０２の受信強度およびスループットの情報などが得られる。
ステップＳ１０３において、制御装置１０６は、カメラ１０３が撮影した画像の取得を判別し、画像を取得した場合はステップＳ１０４の処理に進み、画像を取得していない場合はステップＳ１０５の処理に進む。なお、カメラ１０３が画像を撮影したか否かの判別は、例えば通信部２０１がカメラ１０３から画像情報を受信したか否かにより行うことができる。
ステップＳ１０４において、画像解析部２０３は、カメラ１０３が撮影した画像からイベントを検出する。ここで、イベントは、例えば図３などで説明したように、「人が多い」、「人が少ない」などの情報である。
ステップＳ１０５において、記憶部２０２は、ステップＳ１０２で取得した情報と、ステップＳ１０４で取得した情報とを内部のメモリなどの記憶装置に記憶する。
ステップＳ１０６において、品質管理部２０４は、図３で説明したような記憶部２０２に記憶されたエリア１０４毎の無線通信に関する情報とイベントの情報とに基づいて、図４で説明したような各エリア１０４およびイベントに対する無線通信システムの種類の優先順位のリストを作成する。
ステップＳ１０７において、ポリシー生成部２０５は、画像解析部２０３の解析結果と、ステップＳ１０６で作成された優先順位のリストとを参照して、無線端末局１０２に応じて選択ポリシーを生成する。
このようにして、制御装置１０６は、無線端末局１０２毎の選択ポリシーを生成することができる。なお、生成された選択ポリシーは、それぞれの無線端末局１０２に送信され、無線端末局１０２は、受信した選択ポリシーに基づいて、最適な無線通信システムを選択する。
＜選択ポリシーの配信手順（１）＞
図８は、選択ポリシーを定期的に生成および配信する手順の一例を示す。図８において、選択ポリシーの生成は図７で説明した手順で実行される。
ステップＳ２０１において、制御装置１０６は、選択ポリシーの生成および配信処理を開始する。
ステップＳ２０２において、制御装置１０６は、図７で説明した手順により、無線端末局１０２毎に選択ポリシーを生成する。
ステップＳ２０３において、ポリシー配信部２０６は、ステップＳ２０２で無線端末局１０２毎に生成された選択ポリシーをそれぞれの無線端末局１０２に通信部２０１から配信する。
ステップＳ２０４において、ポリシー配信部２０６は、選択ポリシーの配信後、予め設定された時間（ｔ秒）が経過した場合はステップＳ２０２の処理に戻り、ｔ秒が経過していない場合はｔ秒が経過するまで待機する。
このように、選択ポリシーの配信手順（１）では、制御装置１０６は、予め設定された時間が経過するまで新たな選択ポリシーを無線端末局１０２に配信しないようにするので、選択ポリシーの生成や配信処理に要する負荷が軽減されるとともに、無線基地局１０１や通信経路のトラフィック量が軽減される。また、無線端末局１０２が無線通信システムの種類を切り替える頻度が抑制される。
＜選択ポリシーの配信手順（２）＞
図９は、イベント検出時に選択ポリシーを生成および配信する手順の一例を示す。図９において、選択ポリシーの生成は図７で説明した手順で実行される。
ステップＳ３０１において、制御装置１０６は、イベント検出時に選択ポリシーを生成および配信する処理を開始する。
ステップＳ３０２において、ポリシー生成部２０５は、画像解析部２０３がイベントを検出した場合はステップＳ３０３の処理に進み、イベントを検出していない場合はイベントを検出するまで待機する。
ステップＳ３０３において、制御装置１０６は、図７で説明した手順により、無線端末局１０２毎に選択ポリシーを生成する。
ステップＳ３０４において、ポリシー配信部２０６は、ステップＳ３０３で無線端末局１０２毎に生成された選択ポリシーをそれぞれの無線端末局１０２に通信部２０１から配信する。
このように、選択ポリシーの配信手順（２）では、制御装置１０６は、イベントが検出されるまで新たな選択ポリシーを無線端末局１０２に配信しないようにするので、選択ポリシーの配信手順（１）と同様に、選択ポリシーの生成や配信処理に要する負荷が軽減されるとともに、無線基地局１０１や通信経路のトラフィック量が軽減される。また、無線端末局１０２が無線通信システムの種類を切り替える頻度が抑制される。
＜選択ポリシーの配信手順（３）＞
図１０は、要求信号の受信時に選択ポリシーを生成および配信する手順の一例を示す。図１０において、選択ポリシーの生成は図７で説明した手順で実行される。
ステップＳ４０１において、制御装置１０６は、要求信号の受信時に選択ポリシーを生成および配信する処理を開始する。
ステップＳ４０２において、ポリシー生成部２０５は、無線端末局１０２から要求信号を受信した場合はステップＳ４０３の処理に進み、要求信号を受信していない場合は要求信号を受信するまで待機する。
ステップＳ４０３において、制御装置１０６は、図７で説明した手順により、無線端末局１０２毎に選択ポリシーを生成する。
ステップＳ４０４において、ポリシー配信部２０６は、ステップＳ４０３で無線端末局１０２毎に生成された選択ポリシーをそれぞれの無線端末局１０２に通信部２０１から配信する。
このように、選択ポリシーの配信手順（３）では、制御装置１０６は、要求信号が受信されるまで新たな選択ポリシーを無線端末局１０２に配信しないようにするので、選択ポリシーの配信手順（１）と同様に、選択ポリシーの生成や配信処理に要する負荷が軽減されるとともに、無線基地局１０１や通信経路のトラフィック量が軽減される。また、無線端末局１０２が無線通信システムの種類を切り替える頻度が抑制される。
以上、説明してきたように、本実施形態に係る制御装置１０６および無線端末局１０２は、複数の異なる無線通信システムが混在するヘテロジニアスネットワーク１００において、ネットワーク１０５上に配置される制御装置１０６がエリア１０４毎の各無線通信システムの優先順位を示す選択ポリシーを配信し、無線端末局１０２が選択ポリシーの優先順位に従って無線通信システムを選択することにより、従来技術の集中制御および自律分散制御の課題を解決し、制御装置１０６の負荷や計算時間を抑えつつ、各無線端末局１０２のパフォーマンスを最大化する最適な無線通信システムを選択することができる。つまり、本実施形態に係るヘテロジニアスネットワーク１００では、制御装置１０６が各無線端末局１０２に選択すべき無線通信システムを指定することまでは行わず、エリア１０４毎の優先順位を示す情報（選択ポリシー）を提供するのみであり、無線端末局１０２は無線通信システムを選択する自由度が与えられる。
特に、本実施形態では、各無線通信システムの優先順位を決定するために、各無線端末局１０２から取得する無線通信に関する情報と各エリア１０４に設置されたカメラ１０３で取得した画像情報とに基づいてエリア１０４毎の通信品質を解析し、その解析結果から無線端末局１０２毎またはエリア１０４毎の選択ポリシーを生成することにより、無線端末局１０２のパフォーマンスを最大化する最適な無線通信システムを選択することができる。
なお、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
１００・・・ヘテロジニアスネットワーク；１０１・・・無線基地局；１０２・・・無線端末局；１０３・・・カメラ；１０４・・・エリア；１０５・・・ネットワーク；１０６・・・制御装置；２０１・・・通信部；２０２・・・記憶部；２０３・・・画像解析部；２０４・・・品質管理部；２０５・・・ポリシー生成部；２０６・・・ポリシー配信部；３０１・・・無線端末局側通信部；３０２・・・ネットワーク側通信部；４０１・・・通信部；４０２・・・ポリシー保存部；４０３・・・システム選択部；４０４・・・センシング部；４０５・・・ポリシー要求部

Claims (4)

  1. システムの種類が異なる複数の無線通信システムの中から１つの前記無線通信システムを選択して無線通信を行う無線端末局装置から取得する情報に基づいて、複数の前記無線通信システムの優先順位を算出し、複数の前記無線通信システムの優先順位を示す選択ポリシーを生成するポリシー生成部と、
    複数の前記無線通信システムの優先順位を示す前記選択ポリシーを前記無線端末局装置に配信するポリシー配信部と、
    前記無線端末局装置から無線通信に関する情報を取得する品質管理部と、
    エリア内の画像を撮影するカメラから取得した画像を解析する画像解析部と、
    を有し、
    前記ポリシー生成部は、前記品質管理部が前記無線端末局装置から取得した無線通信に関する情報に基づいて、複数の前記無線通信システムの中から前記無線端末局装置に適した前記無線通信システムを選択するための前記優先順位を算出し、
    前記品質管理部は、前記画像解析部が出力する解析結果と、前記無線端末局装置から取得した無線通信に関する情報とを管理し、
    前記ポリシー生成部は、前記品質管理部が管理する前記解析結果と前記無線通信に関する情報とに基づいて、複数の無線通信システムの中から無線通信を行う１つの無線通信システムを前記無線端末局装置が選択するための優先順位を示す選択ポリシーを生成する
    ことを特徴とする制御局装置。
  2. 請求項１に記載の制御局装置において、
    前記ポリシー生成部は、前記解析結果に基づいて、周辺環境を示すイベントを抽出し、前記イベント毎にエリア内の複数の前記無線通信システムの前記優先順位を生成し、
    前記ポリシー配信部は、前記優先順位の情報を前記無線端末局装置に配信する
    ことを特徴とする制御局装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の制御局装置において、
    前記優先順位は、平均スループット、平均遅延または最低スループットの少なくとも１つに基づいて生成される
    ことを特徴とする制御局装置。
  4. 複数の無線通信システムとの間の無線通信に関する情報を収集して、制御局装置に送信する通信部と、
    前記制御局装置に複数の無線通信システムの中から無線通信を行う１つの無線通信システムを選択するための優先順位を示す選択ポリシーを要求するポリシー要求部と、
    前記制御局装置から取得した前記選択ポリシーを保存するポリシー保存部と、
    前記ポリシー保存部が保存する前記選択ポリシーに基づいて、複数の無線通信システムの中から無線通信を行う１つの無線通信システムを選択するシステム選択部と、
    自装置の位置、移動および周辺の環境に関する情報を取得し、前記情報が変動した場合に、前記ポリシー要求部にトリガ信号を出力するセンシング部と、
    を有し、
    前記ポリシー要求部は、前記センシング部からトリガ信号を入力した場合に、前記制御局装置に前記選択ポリシーを要求する要求信号を送信する
    ことを特徴とする無線端末局装置。
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