JP7330922B2 - 通信管理方法、通信システム及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信システムにおける通信管理方法に関する。

プライベートＬＴＥやローカル５Ｇなどのモバイル通信の私設網での利用が期待されている。これにより、サービス受給者は独自の用途にカスタマイズされたネットワークの構築が容易となり、また、域外への情報漏洩を防止するなどの信用性や信頼性の向上が期待されている。

ＩｏＴシステムにおいては、センサなどのモノが情報の発信源となり、機械から機械への通信（Ｍ２Ｍ）が増加すると予想されている。また、工場において、カメラの映像を収集するための無線通信の利用が求められている。これらセンサからの連続的な一次情報は、別途設けられたエッジ装置に集約され、集約された情報が二次情報として利用される。

本技術分野の背景技術として、特開２０１０－２３３１３７号公報（特許文献１）がある。特開２０１０－２３３１３７号公報には、基地局に、端末に置かれたアプリケーションからの起動要求を契機、端末が測定し基地局に対して送信してきた通信品質指標に基づいてデータ通信速度の計算を行う手段と、端末に送信したトラフックの統計計算を行う手段と、空きリソースブロック数の統計値を求める手段と、空きリソースブロック変換部で求めた空きリソースブロックの統計値からデータ通信速度計算部で求めたデータ通信速度の予想継続時間を求める手段と、データ通信速度と継続時間を端末に送信する手段を有し、端末は、移動体通信装置から送信されてきたデータ通信速度とおよび継続時間を表示手段に表示し、利用者の選択結果に基づいて、アプリケーションの接続制御を行う移動体通信システムが記載されている。

すなわち、特開２０１０－２３３１３７号公報に記載された移動体通信装置は、端末の場所や接続タイミングに応じて変化する通信品質状態と通信の維持時間を利用者に通知する。この従来例を、図１４を用いて簡単に説明する。

図１４には、無線通信の仕組みとして、無線の端末装置（１－１、１－２、１－３）、基地局装置１０及びモバイルコア装置２０を有する無線通信システムが記載されている。基地局装置１０は、モバイルコア装置２０から受け取ったビデオ情報などの信号を、端末装置（１－１、１－２、１－３）に向けて電波で送信する。端末装置１は、それぞれの位置において、基地局装置１０が送信する基準信号を受信して無線伝搬路の品質を測定し、得られた伝搬路の品質情報を基地局装置１０にフィードバックする。フィードバックされた伝搬路の品質情報に基づいて、基地局装置１０は最新の伝搬路の品質を知り、その伝搬路の品質に適する符号化方式を用いて、ビデオ情報などを端末装置１へ送信する。符号化方式が変化すると、同一のトラヒック量であっても、消費する無線のリソース量は変化する。ここで、リソース量とは、無線のフレーム（時間方向）と周波数帯域（周波数方向）の掛け算で表される無線の資源であり、この有限の資源を複数の端末が分け合って使うことで多重接続を実現している。

基地局装置１０は、端末装置に提供される有限のリソースを分割してスケジューリングを行うことで複数の端末に与えるリソースを管理している。
各端末装置と基地局装置の間の伝搬路の品質は、端末装置毎に異なり、各端末装置が消費するリソース量は各端末の伝送路とトラヒックに応じて決定され、各端末装置は異なる量のリソースを消費する。リソース全体１００に対して、未使用部分１０１は、各端末装置の使用部分を減じた量となる。特許文献１に記載された移動体通信システムでは、この利用状態を時間毎に集計し、過去の利用状況から未来を予測し、通信を行う際にユーザが安定して通信可能かを判断するための情報を提供している。

特開２０１０－２３３１３７号公報

無線通信では環境によって伝搬路の品質が変化して、安定性の確保が難しい。例えば、図１５では、三つの端末のうち、端末装置１－１と基地局装置１０の間に障害物５００が入ってきた場合を示している。障害物５００が入る前には、端末装置１－１と基地局装置１０間の無線の状況は、Ｃｏ１と良好であるが、障害物によって見通しを遮蔽されると、無線の状況は劣化しＣｍ１になる。一般にＣｍ１はＣｏ１より劣悪であり、劣化時には同じスループットを維持するためには、より多くの無線リソースを利用する必要がある。そのため、基地局装置にて空きリソースの情報を収集して時間毎に集計し、過去の利用状況から未来を予測してユーザが使えるかを判断できるようにすることが特許文献１に記載された発明の目的である。

前述したように、工場などのＩｏＴの用途で無線通信を利用する場合、特定の移動型の運搬機器などを除き、ほとんどの端末は、カメラなどの映像機器や、温度や環境測定などのセンサであり、その位置は動かない。そのため、特許文献１が想定している場合より周囲環境は固定的で、予想しやすく、通信効率を向上させ易いと考えられる。一方、端末装置を設置してから基地局装置が測定して、リソースの状況を判断するのは不便である。工場の管理者の視点では、所望の位置に端末を設置した際の影響を事前に検討して、設置前に対策を検討することが望ましい。

また、特許文献１では、空きリソースを管理することで、品質管理を検討しているが、産業分野においては、通信品質の管理は一層厳密であることが求められる。たとえ瞬断であっても、工場内をカメラ映像が途切れると、カメラ映像の価値は低くなる。無線における品質の変動は完全には防止できないが、例えば安定した画像配信のためにデータをバッファして、無線通信によって生じるジッタを吸収し、画像を安定化させる方法が一般的に使われる。この際、カメラ側はＵＤＰといった通信方式を使ってデータを送信するが、端末装置内の通信装置（モデム）において無線リソース不足が発生するとバッファが溢れてデータが欠落する。この様に、通信路内のバッファ溢れが生じない様に全体における通信の優先順位を定める方法がなかった。

すなわち、先行技術では、基地局内部の測定データに基づいて伝搬路を推定している。それゆえ、まだ通信を行っていない未設置の端末や、既設の端末を新たな場所に移動させる場合には、事前に電波の品質を知ることができない。具体的には、工場等の環境で、新たな端末を追加する場合など、取り付けてみないと、設置後の状態は予測できず、安定して運用できるのか等の事前の判断が困難である。特に、現場から映像情報を収集して分析することで、効率向上を目指すアプリケーションでは、様々な角度からの映像データを取得し、その数や位置を変えた分析が求められるが、その都度試行錯誤して無線環境を構築するアプローチは困難である。

さらに、画像データの転送では、ジッタが増加するため、ＴＣＰ／ＩＰなどの再送が発生するプロトコルが使えず、ＵＤＰをベースとしたプロトコルを利用する。ＵＤＰは通信路におけるデータ欠落を補償するための再送機能がないため、通信路内の特定のバッファが溢れると、パケットが欠落し、映像品質が著しく劣化する。ところで、モバイルなどの無線通信では、プロポーショナルフェアネスというスケジューラが使われ複数の端末への無線リソースの配分が決定されることが多い。プロポーショナルフェアネスでは、一時的に劣化した無線回線に対して、一時的にその回線へのリソース割り当てが行われにくくなる特長がある。そのため、特に良好な回線が劣化すると、しばらくの間は割り当てが行われず、カメラからモデムに送られたデータがモデムのバッファに滞留し、バッファ溢れを生じやすい。このような場合に対処するため、バッファのサイズを考慮した無線リソースの利用方法が必要である。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、複数の端末装置から情報を収集する通信システムであって、前記端末装置から無線を介して情報を受信する基地局装置と、前記基地局装置が受信した信号から少なくとも一部のユーザデータを複製するエッジ装置を含むアクセス系と、前記基地局装置から送信された信号を前記エッジ装置を介して受信するモバイルコア装置を含むユーザデータ系と、前記エッジ装置が複製したユーザデータから前記端末装置が利用するトラヒックを分析するパケット分析装置と、将来の環境の三次元モデルと前記基地局装置の位置情報と前記端末装置の位置情報とを利用して、前記基地局装置と前記端末装置の間の将来の無線品質を算出する無線シミュレータと、前記パケット分析装置と前記モバイルコア装置と前記無線シミュレータから収集した情報を用いた計算によって無線リソースの利用状況を提示する管理装置を含む監視系とを備え、前記管理装置は、前記算出された将来の無線品質及び前記分析されたトラヒックから通信状況の劣化時に必要となる無線リソースを予測し、前記基地局装置が提供可能な無線リソースの上限と比較して無線リソースの利用状況を表示するためのデータを出力することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、無線状況の劣化によって生じる一時的な無線リソースの増加が基地局装置によって提供される無線リソース内に収まるかを提示できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

第一の実施例の通信システムの構成を示す図である。 第一の実施例の通信システムにおけるスループットの変化を示す図である。 第一の実施例の通信システムにおけるスループットの変化を示す図である。 第一の実施例の管理装置が実行する処理のフローチャートである。 第一の実施例の管理装置が提供する情報画面の例を示す図である。 第一の実施例の管理装置が提供する情報画面の例を示す図である。 第二の実施例の通信システムにおけるスループットの変化を示す図である。 第二の実施例の端末装置の動作を示す図である。 図３の状況における端末装置の動作を示す図である。 図７の状況における端末装置の動作を示す図である。 第二の実施例の管理装置が実行する処理のフローチャートである。 第二の実施例の管理装置が提供する情報画面の例を示す図である。 第二の実施例の管理装置が提供する情報画面の例を示す図である。 従来の通信システムの構成を示す図である。 従来の通信システムにおいて障害物による無線状況の変化を示す図である。

＜実施例１＞
本発明の第一の実施例について説明する。図１は、第一の実施例の通信システムの構成を示す図である。図１において、端末装置１－１は、カメラ２などの情報源と情報を無線で送るモデム３を有する。端末装置１－２、１－３も、端末装置１－１と同じ構成を有し、情報源からの情報を無線で送信する。端末装置１は、無線信号に変換した情報を基地局装置１０に転送する。基地局装置１０は、無線信号から有線の電気信号に変換して、エッジ装置４０を介してモバイルコア装置２０に転送する。エッジ装置４０は、ユーザデータの情報をミラーリングによって取り出して、パケット分析装置５０に送信する。モバイルコア装置２０は、ユーザデータをＩＰパケットに変換し、端末装置１の位置を管理し、ハンドオーバーによって別の基地局配下に移動した場合においても、端末装置１を追従して適切な基地局を使って、通信が継続されるように制御を行う。また、基地局を監視するため、パフォーマンスに関わる統計情報を収集する。

モバイルコア装置２０が作成したＩＰパケットは、その宛先のアドレスに従ってクラウド３０に送信され、上位アプリケーションにより演算処理が行われてサービスが提供される。一方、エッジ装置４０でミラーリングされたユーザデータはパケット分析装置５０において、その量が分析され、分析結果が管理装置６０に送信される。モバイルコア装置２０も基地局装置１０からパフォーマンスに関わる統計値を収集し、その情報を管理装置６０に送信している。

無線シミュレータ７０は、いわゆる伝搬シミュレータであり、基地局装置１０や端末装置１の設置状態及び周囲環境が三次元モデルとして登録されており、シミュレーションによって電波伝搬を再現し、端末装置１と基地局装置１０との間の伝搬損失を計算する。パケット分析装置５０、モバイルコア装置２０、及び無線シミュレータ７０から得られた全ての情報はデータベース８０に蓄積される。

ここで、端末装置１、基地局装置１０、エッジ装置４０の系をアクセス系と呼ぶこととする。また、モバイルコア装置２０、クラウド３０の系をユーザデータ系と呼ぶこととする。また、パケット分析装置５０、管理装置６０、無線シミュレータ７０、データベース８０からなる系を監視系と呼ぶこととする。

ユーザは管理装置６０を利用して、二つの機能の提供を受ける。第一の機能は、シミュレーション及びトラヒック状況から、無線リソースのマージンを把握し、通信路の遮断などの一時的な環境変化によって生じる無線状況の影響を提示することである。第一の機能によって、ユーザは現状の無線の利用状況及び環境が悪化した場合の無線の利用状況を知り、リソースのマージンが十分であるかを把握できる。マージンが把握できれば、追加の基地局設置が必要かなど、対策案の検討や設備設計へのフィードバックが容易になる。単に現在通信に問題がないなどの現状把握だけでなく、また、シミュレーションによる予測だけでなく、リアルな状況とシミュレーションによる予測を含めてリソースの現在の利用状況を把握し、将来の状況を予測することで、管理が容易になる効果を得る。

第二の機能は、マージンが十分でないときに、一時的に発生する劣化の影響を適切に分散させる機能である。これにより、特定の端末だけがバッファ溢れなどによる影響を抑制できる。

まずは、無線リソースのマージンを把握する機能について説明する。図１５は、三つの端末が一つの基地局に接続している様子が示している。端末装置１－１と基地局装置１０の間に障害物５００が一時的に入り、その後に抜けるシナリオを考える。このシナリオは、例えば、工場において、作業用の重機などが端末装置１と基地局装置１０の間に入り、一時的に見通しがなくなるために無線品質が劣化するものである。この時、障害物が伝搬路に入る前の無線状況をＣｏ１とする。また、障害物が入ったときの無線状況をＣｍ１とする。Ｃｏ１及びＣｍ１は、周波数利用効率と理解してもよく、単位は［ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓ］と同等である。この値が高い値ほど伝送路のＳ／Ｎは高い値が得られ、コーディングレートが高い通信が可能となる。一般に、Ｃｏ１がＣｍ１より大きく、障害物５００がない状態の方が、障害物がある状態よりも無線状況が良い。

図２は、無線状況が変化した時のスループット（３端末の合計）、利用帯域（３端末の合計）、無線効率（端末個別）の模式図で示す。横軸は時間を示す。図面上部で、「劣化時」と記載されている部分が、端末装置１－１と基地局装置１０の間の伝搬経路に障害物が入り、無線品質（すなわち、無線効率）が劣化している。スループットを示す図２（Ａ）において、端末装置Ａ～Ｃは、いずれも劣化時を含めてスループットに変化はない。利用帯域を示す図２（Ｂ）において、端末装置Ａが劣化時に利用する帯域が増加している。一方、無線効率を示す図２（Ｃ）において、端末装置Ａだけが無線効率が劣化時に低下している。これらを関連付けて説明すると、以下の通りとなる。まず、障害物が端末装置Ａと基地局の間に入ることで、無線効率が劣化する。そのため、平時に比べ劣化時には、端末装置Ａは多くの利用帯域を必要とする。しかし、平時に使われていなかったマージンの帯域が十分にあるため、端末装置Ａが平時のスループットを維持するに十分なリソースを確保でき、スループットに変化はない。

図３は、無線状況が変化した時に、図２と同様に三つの端末の例を示す。劣化時に、端末装置Ａの無線効率が大きく低下し、利用帯域は基地局が持つ全リソースを使っても平時のスループットを維持できない。この時には、プロポーショナルフェアネスの効果によって、無線回線が劣化した端末装置Ａに対する割り当てが行われ難くなり、端末装置Ａのバッファにパケットが蓄積する。障害物５００が取り除かれ、平時に戻っても、大量のパケットが端末のバッファに蓄積されているため、バッファに蓄積されたパケットが送信されるまではリソースが１００％使われる状態が続き、端末装置１のスループットは高くなる。

図２と図３の違いは、各図の（Ｂ）において劣化時に端末装置Ａの利用帯域が上昇して、基地局装置１０が提供する利用帯域の１００％に達しても、平時のスループットを保つために十分な帯域があるか、帯域が不足するかの違いである。図２の状況では、劣化時に端末装置Ａの利用帯域が上昇するが、基地局装置１０が提供する帯域の上限である１００％には達しない。一方、図３に示す状況では、端末装置１の利用帯域の合計が上限に達し、基地局装置１０が提供する帯域では不足するため、端末装置Ａのスループットに影響し、送信できなかったパケットがバッファに蓄積される。

この帯域が不足するか又は足りるかは、平時のスループットと、劣化時の無線効率の二つの要素が関係する。各端末装置１の利用帯域は、「平時のスループット」／「劣化時の無線効率」で算出される。接続する端末装置１の利用帯域の合計値が基地局装置１０が提供可能な帯域を超える場合に、リソースが不足する状態となり、端末装置１のバッファにパケットが蓄積される。従って、平時のスループットと劣化時の無線効率の二つが算出できれば、事前に劣化時のスループットを予測できる。本実施例の構成では、管理装置６０は、パケット分析装置５０からの情報により、平時のスループットを得ることができる。また、無線シミュレータ７０が劣化時の無線効率を推定するため、一時的に発生する劣化時のスループットへの影響を予め把握でき、安定性に関する評価が可能となる。よって課題を解決できる。

また、モバイルコア装置２０は、基地局装置１０の無線のリソースブロックの使用率などの統計値を収集している。リソースブロックは、標準化団体である３ＧＰＰが規定しているモバイル向け無線通信方式である４Ｇ、５Ｇの周波数×時間を軸としたリソースの単位であり、その使用率は本特許で説明している利用帯域と同じと考えてよい。この統計値は、平時の利用帯域を示す値として利用できる。すなわち、平時の空き帯域（マージン）の計測に利用できる。よって、図１に示す構成によって、図２に示す状況であるのか、図３に示す状況であるのかを判断でき、それによって、利用者は劣化時にも安定した通信が可能であるか等の知見を持てるようになる。よって課題を解決できる。

図４を参照して、管理装置６０が実行する処理を説明する。管理装置６０は、パケット分析装置５０から各端末装置１のトラヒック情報を収集する（１００）。また、無線シミュレータ７０から平時及び劣化時の各端末装置１と基地局装置１０の間の無線効率を算出する（１０１）。また、モバイルコア装置２０から平時のリソースブロックの利用状況を収集する（１０２）。これらの情報から劣化時に必要となる帯域を算出し（１１０）、過不足の結果を表示して（１２０）、利用者に情報を提供する。

図５を参照して、あるユースケースにおいて、本実施例の管理装置６０が提供する情報画面の例を示す。図５で、左側のＳｔｒａｃｔｕｒｅと記載されている領域は、基地局装置１０や端末装置１の配置状況を示し、建屋の外壁、別室、建屋の柱などの情報が表示されており、このデータに基づいて無線シミュレーションが行われる。通常無線のシミュレーションは３次元の空間データを使い行われる。図では簡便のため、２次元で表現している。本例では、基地局ＢＳ１、固定の端末装置＃１～＃５、移動する端末装置＃１０１～＃１０２、障害物の移動ルート５０１が表示されている。端末装置＃２と端末装置＃５は、基地局装置１０との間に障害物が入る環境に配置されている。この画面の右側の領域は、リソースの状態を表示しており、上側に固定の端末のリソースの使用状況が表示される。固定の端末装置は、ＱｏＳ設定が１種類の１で管理されている。固定の端末装置全体はリソースの３５％を利用しており、そのスループットは１０Ｍｂｐｓである。一方、障害物によって、端末装置＃２又は端末装置＃５の端末は劣化が予測される。端末装置＃２のリソースは、平時１０％であるが、２０％に劣化する。また、端末装置＃５のリソースは、平時５％であるが、１０％に劣化する。これらの劣化は端末装置＃２と端末装置＃５で同時に発生しないとすると、最悪条件は端末装置＃２に劣化が発生した時で、その場合の固定端末全体のリソース利用は平時３５％から４５％に劣化することが表示されている。移動する端末装置のリソースの状況は右側領域の下側に表示されており、ＱｏＳ設定が３で管理されている。移動する端末装置は場所が特定できないため、利用するトラヒックから、最悪時の無線状況における想定リソース利用率が表示されている。固定の端末装置のリソースが劣化する場合でも、リソース使用率は４５％であり、移動端末のリソース使用を含めても７５％と十分なマージンが存在することが確認できる。

図６を参照し、劣化時にリソースが足りないユースケースにおいて、本実施例の管理装置６０が提供する情報画面の例を示す。図６では、図５と同じく、固定の端末が設置されているが、本ユースケースでは、新たに固定の端末装置＃６～＃８が追加され、固定の端末装置は合計８台あって、平時において９５％のリソースを使用し、劣化時には端末装置＃２が図５に示す例と同様にスループットを維持するためには、２０％のリソースが必要だと想定する。しかし、固定の端末装置のリソースの合計は１００％を超えて１０５％となるため、プロポーショナルフェアネスに従うならば、端末装置＃２は十分なリソースを得ることができず、５％分（この場合、５ＭＨｚ）だけ不足したリソースを利用することとなる。そのため、スループットが２Ｍｂｐｓから１．５Ｍｂｐｓに劣化することが表示されている。これによって、利用者は、安定した状態が保てないことを認識できる。

＜実施例２＞
本発明の第二の実施例について説明する。第一の実施例において、図３では、劣化時に基地局装置１０が提供できる全ての帯域を使っても回線が劣化した端末装置１のスループットを維持できず、一時的にスループットが低下する状況を説明した。そして第一の実施例においては、そのような状況になることを事前に把握する手段を提供することで課題を解決できることを説明した。マージンを超えた劣化が発生する問題を根本的に解決するためには、基地局を増設するなど、時間を要する対処が必要である。そのため、当面の対応を図るための対応策が必要な場合がある。第二の実施例では、そのようなケースを想定した対応策を提供する。

図３に示すケースで問題となるのは、劣化が一時的ではあるものの、特定の端末のスループットが低下するため、バッファ溢れが発生しやすい点である。このため、スループットの低下を複数の端末に分散させて、バッファ溢れを起こしにくくする方法を提案する。

図７は、図３と同じく端末装置１の無線品質の劣化時に無線効率が低下する状況を模式的に示す。図７の状況では、図３と違って、複数の端末装置のうち端末装置Ａだけが回線の優先順位であるＱｏＳが高く設定されている点である。この場合、端末装置Ａにはスケジューラによって優先的に帯域が割り当てられるため、スループットは変化しない。一方、端末装置Ｂと端末装置Ｃは、端末装置Ａの無線品質が劣化した影響を受け、リソースの割当量が減少する。結果的に、端末装置が必要とする利用帯域は、基地局装置１０が提供する利用帯域の１００％に達し、端末装置Ｂと端末装置Ｃのスループットが低下する。しかし、端末装置Ｂ及び端末装置Ｃは、環境による通信状況の変動が小さく、周波数利用効率が悪いことから、スループット低下は小さいので、各端末のバッファが溢れる可能性を低減できる。このように、スループットを低減する端末装置には、環境による通信状況の変動が小さい端末装置や、基地局装置１０から遠くに存在して周波数利用効率が悪い端末装置、又は、この両方を満たす端末装置を選択するとよい。

この仕掛けについて、図８、図９、図１０を参照して説明する。図８の表は、端末装置Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの平時効率、トラヒック、劣化時効率、平時帯域、劣化時追加帯域を式によって表したものである。劣化時追加帯域は、平時帯域（Ｔ１／Ｃｏ１）に対して、劣化時の帯域（Ｔ１／Ｃｍ１）がどれだけ大きくなるかの差を表している。この値が、平時に確保されているマージンを超えると、帯域不足が発生する。図９は、図３に対応する具体的な数値例で表し、バッファ蓄積量を加えた例である。ここで、三つの端末のトラヒックはいずれも５Ｍｂｐｓとした。端末装置１は平時には効率が高く、２ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓを保つ。一方、端末装置Ｂ及び端末装置Ｃは、０．５ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓと効率が低いが、端末装置Ｂ及び端末装置Ｃの無線回線は安定しており、障害物が入る可能性が低いと想定する。

平時の帯域は、端末装置Ａが２．５ＭＨｚであり、端末装置Ｂ及び端末装置Ｃは１０ＭＨｚである。基地局装置１０が提供できる帯域が２５ＭＨｚであるとすると、全ての端末装置の合計の帯域は１０＋１０＋２．５＝２２．５ＭＨｚであり、基地局装置１０が提供できる帯域２５ＭＨｚより小さく、マージンは２．５ＭＨｚとなる。ここで、端末装置Ａは効率が０．５ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓに劣化すると予想される場合、劣化時の帯域は１０ＭＨｚとなるため、追加帯域は１０ＭＨｚ－２．５ＭＨｚ＝７．５ＭＨｚとなる。マージンは２．５ＭＨｚしかないため、追加帯域を満たすことはできず、５ＭＨｚの帯域が不足する。不足分は、プロポーショナルフェアネスの基準に従えば、当面は一時的に劣化した端末装置１の割り当てが抑制されるため、端末装置Ａのバッファは５ＭＨｚの不足分に劣化時の効率０．５ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓを乗じた２．５Ｍｂｐｓの速度で蓄積する。このデータをバッファに格納できなくなると、パケットが破棄される。

次に、本実施例のケース、すなわち図７に対応する表を図１０に示す。図１０では、端末装置Ａの無線品質が劣化するが、ＱｏＳが高く設定されているため、端末装置Ａには必要となる１０ＭＨｚの帯域が優先的に割り当てられる。残りは１５ＭＨｚとなるが、端末装置Ｂと端末装置Ｃの合計で必要となる帯域は２０ＭＨｚであるため、５ＭＨｚ不足する。端末装置Ｂと端末装置Ｃの無線回線は劣化していないので、プロポーショナルフェアネスにおいても均等に割り当てが行われ、各端末装置の不足分は５ＭＨｚの半分の２．５ＭＨｚずつとなる。これに効率０．５ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓを乗じた１．２５Ｍｂｐｓが伝送できないトラヒックとして各端末のバッファに蓄積する。ここでのポイントは、バッファ蓄積速度が端末装置Ｂ及び端末装置Ｃに分割されているために小さく、更には、平時の無線効率が低いために不足するリソースが大きくても、スループットへの影響が小さくなり、バッファへの負荷が小さくなる。これらによって、一つの端末の影響を分散させ、バッファがあふれる可能性を低減できる。なお、無線効率が高い端末に分散させる場合には、多くの端末に分散させることによって同様の効果を得ることができる。

図１１を用いて、第二の実施例における管理装置６０が実行する処理を説明する。管理装置６０は、パケット分析装置５０から各端末装置１のトラヒック情報を収集する（１００）。また、無線シミュレータ７０から平時及び劣化時の各端末装置１と基地局装置１０の間の無線効率を算出する（１０１）。また、モバイルコア装置２０から平時のリソースブロックの利用状況を収集する（１０２）。これらの情報から劣化時に必要となる帯域を算出し（１１０）、過不足の結果を表示して（１２１）、利用者に情報を提供する。この際、帯域不足が生じることを示すと共に、対応のオプションとして、安定して動作している端末装置について、ＱｏＳを低下させる選択肢を提示する。ＱｏＳを低下させる端末装置は、遠方にある端末装置を選択するとよい。利用者が承認すれば、端末装置のＱｏＳ設定を変更するようにモバイルコア装置２０に指示する（１２２）。

図１２を参照して、第一の実施例で説明した劣化時にリソースが足りないユースケースについて、選択肢を利用者に示す画面を使い、その手順を説明する。図１２に示す画面の右側の領域には、ハイライトされた新たな選択肢８００と、その承認用の「ＯＫ」ボタンが表示されている。図示した例では、固定の端末装置に新たな端末装置のグループ（＃６、＃７、＃８）へのＱｏＳ設定がＱｏＳ２であり、他のグループ（＃１～＃５）で設定されているＱｏＳ＝１よりも低いことが表示されている。この選択肢８００によって、リソースの一時的な不足は、複数の端末＃６～＃８に分散し、特定の端末だけがリソース不足の影響を受ける事態を回避できる。ユーザは、「ＯＫ」ボタンをクリックして、この設定を承認することによって、ＱｏＳが自動的に設定されるため、ユーザは、その背景の技術的な知識が不十分でも本システムを管理できる。「ＯＫ」ボタンをクリック後は、画面は図１３のように変化し、ユーザは設定が反映されたことを確認できる。

最後に、第一の実施例と第二の実施例に共通して装置のハードウェア構成を説明する。本発明の各実施例のパケット分析装置５０、管理装置６０、無線シミュレータ７０及びデータベース８０は、プロセッサ（ＣＰＵ）、記憶装置及び通信インターフェースを有する計算機システムによって構成される。

プロセッサは、メモリに格納されたプログラムを実行する。メモリは、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ及び揮発性の記憶素子であるＲＡＭを含む。ＲＯＭは、不変のプログラム（例えば、ＢＩＯＳ）などを格納する。ＲＡＭは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような高速かつ揮発性の記憶素子であり、プロセッサが実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを一時的に格納する。

記憶装置は、例えば、磁気記憶装置（ＨＤＤ）、フラッシュメモリ（ＳＳＤ）等の大容量かつ不揮発性の記憶装置である。記憶装置は、プログラムの実行時にアクセスされるデータを格納する。また、記憶装置は、プロセッサが実行するプログラムを格納してもよい。この場合、プログラムは、記憶装置から読み出されて、メモリにロードされて、プロセッサによって実行される。

ＣＰＵが実行するプログラムは、リムーバブルメディア（ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）又はネットワークを介して計算機システムに提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性の記憶装置に格納される。このため、計算機システムは、リムーバブルメディアからデータを読み込むインターフェースを有するとよい。

パケット分析装置５０、管理装置６０、無線シミュレータ７０及びデータベース８０の各々は、物理的に一つの計算機上で、又は、論理的又は物理的に構成された複数の計算機上で構成される計算機システムであり、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作してもよい。

以上に説明したように、本実施例の通信システムは、端末装置１から無線を介して情報を受信する基地局装置１０と、基地局装置１０が受信した信号から少なくとも一部のユーザデータを複製するエッジ装置４０を含むアクセス系と、基地局装置１０から送信された信号をエッジ装置４０を介して受信するモバイルコア装置２０を含むユーザデータ系と、エッジ装置４０が複製したユーザデータから端末装置１が利用するトラヒックを分析するパケット分析装置５０と、将来の環境の三次元モデルと基地局装置１０の位置情報と端末装置１の位置情報とを利用して、基地局装置１０と端末装置１の間の将来の無線品質を算出する無線シミュレータ７０と、パケット分析装置５０とモバイルコア装置２０と無線シミュレータ７０から収集した情報を用いた計算によって無線リソースの利用状況を提示する管理装置６０を含む監視系とを備え、管理装置６０は、算出された将来の無線品質及び分析されたトラヒックから通信状況の劣化時に必要となる無線リソースを予測し、基地局装置１０が提供可能な無線リソースの上限と比較して無線リソースの利用状況を表示するためのデータを出力するので、無線状況の劣化によって生じる一時的な無線リソースの増加が基地局装置が提供する無線リソース内に収まるかを提示できる。すなわち、工場などで規定の動作する現場の電波の品質をシミュレーションにより算出した伝搬損失から推定することで、無線リソースの利用状況を予め予測し、工場設備としてクレーンなどの稼働により変化する無線状況の予測に基づいて、劣化の影響で発生する一時的な無線リソースの増加分が、平時の空き帯域（マージン）以内に収まるかを提示することによって、利用可能性の判断を利用者に促すことができる。すなわち、安定した無線通信が可能であるかを通信利用者に把握させる。

また、管理装置６０は、通信状況の劣化時に端末装置１が必要とする無線リソースが基地局装置１０が提供可能な無線リソースを超えると判定した場合、端末装置１のＱｏＳの変更案を提示し、利用者の選択に従って、ＱｏＳの変更をモバイルコア装置２０に指示するので、スループットへの影響を低減し、バッファへの負荷を小さくできる。これによって、一つの端末装置の影響を他の端末装置分散し、特定の端末装置のバッファが溢れる可能性を低減できる。

また、管理装置６０は、環境による通信状況の変動が小さい、周波数利用効率が悪い、の少なくとも一方の端末装置１のＱｏＳを低下させる。すなわち、無線効率が低い端末に分散させることによって、影響が及ぶ端末を少なくできる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納できる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１・・・端末
２・・・カメラ
３・・・モデム
１０・・・基地局
２０・・・モバイルコア装置
３０・・・クラウド
４０・・・エッジ装置
５０・・・パケット分析装置
６０・・・通信管理
７０・・・無線シミュレーション
８０・・・データベース

Claims (9)

1. 複数の端末装置から情報を収集する通信システムであって、
   前記端末装置から無線を介して情報を受信する基地局装置と、前記基地局装置が受信した信号から少なくとも一部のユーザデータを複製するエッジ装置を含むアクセス系と、
   前記基地局装置から送信された信号を前記エッジ装置を介して受信するモバイルコア装置を含むユーザデータ系と、
   前記エッジ装置が複製したユーザデータから前記端末装置が利用するトラヒックを分析するパケット分析装置と、将来の環境の三次元モデルと前記基地局装置の位置情報と前記端末装置の位置情報とを利用して、前記基地局装置と前記端末装置の間の将来の無線品質を算出する無線シミュレータと、前記パケット分析装置と前記モバイルコア装置と前記無線シミュレータから収集した情報を用いた計算によって無線リソースの利用状況を提示する管理装置を含む監視系とを備え、
   前記管理装置は、前記算出された将来の無線品質及び前記分析されたトラヒックから通信状況の劣化時に必要となる無線リソースを予測し、前記基地局装置が提供可能な無線リソースの上限と比較して無線リソースの利用状況を表示するためのデータを出力することを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記管理装置は、
   通信状況の劣化時に前記端末装置が必要とする無線リソースが前記基地局装置が提供可能な無線リソースを超えると判定した場合、前記端末装置のＱｏＳの変更案を提示し、
   利用者の選択に従って、前記ＱｏＳの変更を前記モバイルコア装置に指示することを特徴とする通信システム。
3. 請求項２に記載の通信システムであって、
   前記管理装置は、環境による通信状況の変動が小さい、周波数利用効率が悪い、の少なくとも一方の端末装置のＱｏＳを低下させることを特徴とする通信システム。
4. 通信システムにおける通信管理方法であって、
   前記通信システムは、
   情報の送信元である複数の端末装置と、前記端末装置から無線を介して情報を受信する基地局装置と、前記基地局装置が受信した信号から少なくとも一部のユーザデータを複製するエッジ装置を含むアクセス系と、
   前記基地局装置から送信された信号を前記エッジ装置を介して受信するモバイルコア装置と、前記ユーザデータを受け取ってアプリケーションによる処理を行う計算機を含むユーザデータ系と、
   前記エッジ装置が複製したユーザデータを分析するパケット分析装置と、将来の環境の三次元モデルと前記基地局装置の位置情報と前記端末装置の位置情報とを利用して、前記基地局装置と前記端末装置の間の将来の無線品質を算出する無線シミュレータと、前記パケット分析装置と前記モバイルコア装置と前記無線シミュレータから収集した情報を用いた計算によって無線リソースの利用状況を提示する管理装置を含む監視系とによって構成され、
   前記通信管理方法は、
   前記パケット分析装置が、前記ユーザデータから前記端末装置が利用するトラヒックを分析し、
   前記無線シミュレータが、前記基地局装置と前記端末装置の間の将来の無線品質を算出し、
   前記管理装置が、前記算出された将来の無線品質及び前記分析されたトラヒックから通信状況の劣化時に必要となる無線リソースを予測し、前記基地局装置が提供可能な無線リソースの上限と比較して無線リソースの利用状況を表示するためのデータを出力することを特徴とする通信管理方法。
5. 請求項４に記載の通信管理方法であって、
   前記管理装置は、
   通信状況の劣化時に前記端末装置が必要とする無線リソースが前記基地局装置が提供可能な無線リソースを超えると判定した場合、前記端末装置のＱｏＳの変更案を提示し、
   利用者の選択に従って、前記ＱｏＳの変更を前記モバイルコア装置に指示することを特徴とする通信管理方法。
6. 請求項５に記載の通信管理方法であって、
   前記管理装置は、環境による通信状況の変動が小さい、周波数利用効率が悪い、の少なくとも一方の端末装置のＱｏＳを低下させることを特徴とする通信管理方法。
7. 通信システムにおける通信を管理するためのプログラムであって、
   前記通信システムは、
   情報の送信元である複数の端末装置と、前記端末装置から無線を介して情報を受信する基地局装置と、前記基地局装置が受信した信号から少なくとも一部のユーザデータを複製するエッジ装置を含むアクセス系と、
   前記基地局装置から送信された信号を前記エッジ装置を介して受信するモバイルコア装置と、前記ユーザデータを受け取ってアプリケーションによる処理を行う計算機を含むユーザデータ系と、
   前記エッジ装置が複製したユーザデータから前記端末装置が利用するトラヒックを分析するパケット分析装置と、将来の環境の三次元モデルと前記基地局装置の位置情報と前記端末装置の位置情報とを利用して、前記基地局装置と前記端末装置の間の将来の無線品質を算出する無線シミュレータと、前記パケット分析装置と前記モバイルコア装置と前記無線シミュレータから収集した情報を用いた計算によって無線リソースの利用状況を提示する管理装置を含む監視系とによって構成され、
   前記プログラムは、前記算出された将来の無線品質及び前記分析されたトラヒックから通信状況の劣化時に必要となる無線リソースを予測し、前記基地局装置が提供可能な無線リソースの上限と比較して無線リソースの利用状況を表示するためのデータを出力する手順を前記管理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
8. 請求項７に記載のプログラムであって、
   通信状況の劣化時に前記端末装置が必要とする無線リソースが前記基地局装置が提供可能な無線リソースを超えると判定した場合、前記端末装置のＱｏＳの変更案を提示し、利用者の選択に従って、前記ＱｏＳの変更を前記モバイルコア装置に指示する手順を前記管理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
9. 請求項８に記載のプログラムであって、
   環境による通信状況の変動が小さい、周波数利用効率が悪い、の少なくとも一方の端末装置のＱｏＳを低下させる手順を前記管理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
   

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