JP7521621B2 - 基地局配置支援装置、基地局配置支援方法及びプログラム - Google Patents

基地局配置支援装置、基地局配置支援方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、基地局配置支援装置、基地局配置支援方法及びプログラムに関する。
近年、スマートフォンやタブレットをはじめとする無線端末の急速な普及に伴い、無線端末による大容量コンテンツの利用者が増加しており、無線ネットワーク上のトラヒック量が急激に増大している。無線トラヒックを低コストかつ手軽に収容するため、無線システム免許不要帯の電波を用いた高速無線アクセスシステムとして広く普及しているＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ規格が利用されることが多い。家庭、オフィスをはじめとしたプライベートエリアや、店舗、駅、空港をはじめとした公衆エリアなど、様々なエリアにおいて、無線ＬＡＮネットワークが提供されている。
無線ＬＡＮネットワークを構築するにあたっては、無線基地局装置の施工、パラメータ設定などの無線ＬＡＮ通信部分、無線基地局－スイッチ間やスイッチとバックホール回線間などのネットワーク部分、及びユーザ認証やポータル画面などの上位サービス部分など、様々な要素を考慮して構築する必要がある。それらのうち、ここでは無線基地局装置の施工における、無線基地局装置の設置情報に着目する。
一般に、無線通信では伝搬距離や遮蔽物によって無線信号が減衰すると、無線通信の品質や容量の低下が生じるため、無線基地局と無線端末との間の距離が短く、また、伝搬経路の見通しが確保できる状態が望ましい。一方で、無線基地局の設置数は機器装置、設置、及び運用にかかるコスト、並びに無線の電波干渉等により制約されるため、無線ＬＡＮによりカバーするエリアに対し、必要な数の無線基地局を適切な場所に設置することが重要となる。無線基地局から電波が届く距離や、無線基地局１台で収容可能なユーザ数には限りがあり、それらの条件に応じて無線基地局の設置数及び設置場所を決定する必要がある。
無線基地局の設置場所算出方法として、例えば、非特許文献１では、エリア内のユーザ分布に応じて無線基地局の位置を動的に変更する技術が提案されており、非特許文献２に示すｋ－ｍｅａｎｓクラスタリング手法を用いて、エリア内のユーザ位置に応じて無線基地局の設置場所を算出している。
新井拓人、五藤大介、岩渕匡史、岩國辰彦、丸田一輝、"オフロード効率改善を実現する適応可動ＡＰシステムの提案" 信学技法, RCS2016-43, pp. 107-112, May. 2016. J. Macqueen, "SOME METHODS FOR CLASSIFICATION AND ANALYSIS OF MULTIVARIATE OBSERVATIONS", Proc. of 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, pp.281-297, 1967.
しかしながら、上記従来技術では、無線基地局と端末との間の物理的な距離を元にクラスタリングを行うため、実際の電波伝搬環境（遮蔽や電波反射等）を考慮した無線基地局の設置情報の算出が行えていなかった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、電波伝搬状況を考慮した無線基地局の配置を支援することを目的とする。
そこで上記課題を解決するため、基地局配置支援装置は、或るエリアにおける複数の無線端末のそれぞれの位置情報と前記エリアのレイアウトを示す情報とに基づき、前記無線端末間の電波伝搬減衰値を算出する第１の算出部と、前記電波伝搬減衰値に基づき前記複数の無線端末についてクラスタリングを行うクラスタリング部と、前記クラスタリングの結果に基づき、前記無線端末に対する無線基地局の配置位置を決定する決定部と、を有し、前記決定部は、前記クラスタリングによって生成されるクラスタの重心点及び前記重心点に基づき抽出される複数の周辺点の中から前記無線基地局の配置位置を決定する。
電波伝搬状況を考慮した無線基地局の配置を支援することができる。
本発明の実施の形態における基地局配置支援装置１０のハードウェア構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における基地局配置支援装置１０の機能構成例を示す図である。 基地局配置支援装置１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 端末配置情報の一例を示す図である。 端末２０間のパスの一例を示す図である。 各端末２０間のパスにおける電波伝搬減衰値の計算結果の一例を示す図である。 各端末２０間の無線距離の算出結果の一例を示す図である。 基地局３０の配置位置の決定結果の一例を示す図である。 基地局３０の配置位置の決定処理の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態では、無線基地局（以下、単に「基地局３０」という。）の配置位置の算出方法が開示される。基地局３０は、固定されて配置されるものであってもよいし、可動型（移動可能）なものであってもよい。
まず、基地局３０の配置位置を算出する装置（コンピュータ）である基地局配置支援装置１０について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における基地局配置支援装置１０のハードウェア構成例を示す図である。図１の基地局配置支援装置１０は、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１００、補助記憶装置１０２、メモリ装置１０３、ＣＰＵ１０４、及びインタフェース装置１０５等を有する。
基地局配置支援装置１０での処理を実現するプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体１０１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１０１がドライブ装置１００にセットされると、プログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１０１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
メモリ装置１０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１０４は、メモリ装置１０３に格納されたプログラムに従って基地局配置支援装置１０に係る機能を実行する。インタフェース装置１０５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。
図２は、本発明の実施の形態における基地局配置支援装置１０の機能構成例を示す図である。図２において、基地局配置支援装置１０は、情報取得部１１、電波伝搬減衰推定部１２、無線距離算出部１３、クラスタリング部１４及び配置位置決定部１５等を有する。これら各部は、基地局配置支援装置１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。当該プログラムは、記録媒体に記録された流通してもよいし、ネットワークを介して流通してもよい。
以下、基地局配置支援装置１０が実行する処理手順について説明する。図３は、基地局配置支援装置１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１０１において、情報取得部１１は、基地局３０の配置先のエリアに関する情報（エリア情報）と、当該エリアにおける１以上の無線端末（以下、単に「端末２０」という。）それぞれの位置を示す情報（以下、「端末配置情報」という。）とを取得する。エリア情報は、当該エリアのレイアウトを示す情報をいう。より詳しくは、エリア情報とは、エリアの広さ（形状）、壁や物体（電波の遮蔽物）の配置状況（物体の位置や形状）や材質情報等を示す情報である。
図４は、端末配置情報の一例を示す図である。図４に示す通り、端末配置情報は、エリア情報が示すエリアＡ１における各端末２０の位置を示す情報である。図４の例では、エリアＡ１の中に６台の端末２０－Ａ～Ｆが、図４に示す位置に配置されていることが示されている。
エリア情報は、例えば、予め基地局配置支援装置１０の補助記憶装置１０２等に登録されている。端末配置情報は、公知技術を用いて取得可能である。例えば、屋外であれば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した位置情報が取得されてもよい。屋内であれば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ビーコン等による測位や地磁気を使った測位などによって取得されてもよい。また、端末２０の位置が固定である場合、予め、各端末２０の位置情報が登録されていてもよい。
続いて、電波伝搬減衰推定部１２は、ステップＳ１０１において取得されたエリア情報及び端末配置情報に基づいて、各端末２０間のパスの電波伝搬減衰の推定値（以下、「電波伝搬減衰値」という。）を計算する（Ｓ１０２）。
図５は、端末２０間のパスの一例を示す図である。図５において、端末２０間を接続する破線が、端末２０間のパス（通信経路）を示す。
電波伝搬減衰値については、エリア情報（エリアの広さ、壁や物体の配置状況や材質情報等）と端末配置情報とに基づいて、レイトレースやシャドーイングを考慮した各種電波伝搬モデルなどを用いて算出することができる。図６に、各端末２０間のパスにおける電波伝搬減衰値の計算結果の一例を示す。
続いて、無線距離算出部１３は、電波伝搬減衰値に基づいて各端末２０間のパスの無線距離を算出する（Ｓ１０３）。本実施の形態において、無線距離とは、物理的な距離に対して無線環境の条件を加味（例えば、遮蔽がある場合は距離を遠ざけるなど）した「無線通信観点での距離」を示す指標値をいう。
図７に、各端末２０間の無線距離の算出結果の一例を示す。電波伝搬減衰値から無線距離の算出については、例えば、送信電力を一定値に想定し、電波伝搬減衰値を自由空間損失（２乗減衰）を仮定した距離に変換することで算出することができる。また、各種減衰モデルも利用可能である。これにより、エリア情報（エリアの広さ、壁や物体の配置状況や材質情報等）を考慮して無線距離を算出することができる。
なお、全ての端末２０間のパスについて電波伝搬減衰値及び無線距離を計算すると、条件によっては計算量が増大する可能性があるため、双方向性があるものとして片方のみこれらの値を計算する、また、端末２０の全てのペア（パス）のうち、端末２０間の物理距離が一定以上離れている一部のペア（パス）は計算を割愛し、電波伝搬減衰値を所定値としたり、無線距離を無限大としたりするなどの手法による効率化が可能である。例えば、電波伝搬減衰推定部１２は、物理距離が所定条件を満たす一部の端末２０についてのみ電波伝搬減衰値を計算するようにしてもよい。具体的には、電波伝搬減衰推定部１２は、一定以上離れた端末２０同士（パスの長さが一定以上である端末２０のペア）については電波伝搬減衰値を計算せずに、電波伝搬減衰値を所定値（例えば、２００ｄＢｍ）によって補完してもよい。また、電波伝搬減衰推定部１２は、一定以内に存在する近接した端末２０同については電波伝搬減衰値を計算せずに、電波伝搬減衰値を所定値（例えば、５ｄＢｍ）によって補完してもよい。
続いて、クラスタリング部１４は、端末２０間の無線距離に基づいて、端末２０群をクラスタリングする（Ｓ１０４）。端末２０群のクラスタリングは、公知技術を用いて行われればよい。以下、当該クラスタリングによって生成された各クラスタを、「端末クラスタ」という。
続いて、配置位置決定部１５は、各端末クラスタについて、基地局３０の配置位置の決定処理を実行する（Ｓ１０５）。
図８は、基地局３０の配置位置の決定結果の一例を示す図である。図８では、端末２０が破線の楕円によって示される端末クラスタに分割された例が示されている。この状態において、各端末クラスタに対して、１つの基地局３０が配置され、それぞれの基地局３０の配置位置は、例えば、図８に示す通りに決定される。
なお、基地局３０の実際の配置は、人手で行われてもよいし、ロボット、ドローン、レールなどで機械的（又は自動的）に基地局３０を移動させることで行われてもよいし、予め複数配置した基地局３０のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで疑似的に移動が実現されてもよい。
また、図３の処理手順は、一定周期で実行されてもよいし、例えば、端末配置情報の変化に応じて実行されてもよい。図３の処理手順が繰り返し実行されることで、端末２０の配置状況に適した配置位置への基地局３０の配置を実現することができる。但し，本実施の形態は、端末２０の配置位置が固定されている状況において、基地局３０の固定的な配置位置を決定する際に用いられてもよい。
続いて、ステップＳ１０５の詳細について説明する。図９は、基地局３０の配置位置の決定処理の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ２０１において、配置位置決定部１５は、全ての端末クラスタを未処理に設定する。未処理とは、ステップＳ２０３以降の処理手順について処理対象とされていないことをいう。
続いて、配置位置決定部１５は、未処理の端末クラスタの有無を判定する（Ｓ２０２）。未処理の端末クラスタが有る場合（Ｓ２０２でＹｅｓ）、配置位置決定部１５は、未処理の端末クラスタを１つ選択して処理済みとし、選択した端末クラスタ（以下、「対象クラスタ」という。）の重心点とその周辺点（重心点と周辺点との合計Ｎ（Ｎ≧１）点）を、対象クラスタに対する基地局３０の配置位置の候補として抽出する（Ｓ２０３）。ここで、周辺点は、例えば、重心点から予め定めた複数通りの距離及び方向の点であってもよい。以下、重心点又は周辺点として抽出された点を「候補点」という。
続いて、配置位置決定部１５は、候補点ごとに、当該候補点と対象クラスタに属する各端末２０との間の電波伝搬減衰値を計算し、その最大値が最小となる候補点を対象クラスタに対する基地局３０の配置位置として決定する（Ｓ２０４）。この際の電波伝搬減衰値の計算は、図３のステップＳ１０２と同様に実行されればよい。
続いて、配置位置決定部１５は、ステップＳ２０２以降を繰り返す。未処理の端末クラスタが無くなると（Ｓ２０２でＮｏ）、配置位置決定部１５は、図９の処理手順を終了する。
上述したように、本実施の形態によれば、端末２０間の電波伝搬減衰に基づき（電波伝搬減衰に基づく無線距離に基づき）、端末２０がクラスタリングされ、当該クラスタリングによって生成されるクラスタごとに基地局３０の配置位置が決定される。したがって、電波伝搬状況（遮蔽や電波反射等）を考慮した無線基地局の配置を支援することができる。
なお、本実施の形態において、電波伝搬減衰推定部１２は、第１の算出部の一例である。無線距離算出部１３は、第２の算出部の一例である。配置位置決定部１５は、決定部の一例である。
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基地局配置支援装置
１１ 情報取得部
１２ 電波伝搬減衰推定部
１３ 無線距離算出部
１４ クラスタリング部
１５ 配置位置決定部
２０ 端末
３０ 基地局
１００ ドライブ装置
１０１ 記録媒体
１０２ 補助記憶装置
１０３ メモリ装置
１０４ ＣＰＵ
１０５ インタフェース装置
Ｂ バス

Claims (7)

  1. 或るエリアにおける複数の無線端末のそれぞれの位置情報と前記エリアのレイアウトを示す情報とに基づき、前記無線端末間の電波伝搬減衰値を算出する第１の算出部と、
    前記電波伝搬減衰値に基づき前記複数の無線端末についてクラスタリングを行うクラスタリング部と、
    前記クラスタリングの結果に基づき、前記無線端末に対する無線基地局の配置位置を決定する決定部と、
    を有し、
    前記決定部は、前記クラスタリングによって生成されるクラスタの重心点及び前記重心点に基づき抽出される複数の周辺点の中から前記無線基地局の配置位置を決定する、
    ことを特徴とする基地局配置支援装置。
  2. 或るエリアにおける複数の無線端末のそれぞれの位置情報と前記エリアのレイアウトを示す情報とに基づき、前記無線端末間の電波伝搬減衰値を算出する第１の算出部と、
    前記電波伝搬減衰値に基づき前記複数の無線端末についてクラスタリングを行うクラスタリング部と、
    前記クラスタリングの結果に基づき、前記無線端末に対する無線基地局の配置位置を決定する決定部と、
    を有し、
    前記第１の算出部は、物理距離が所定条件を満たす一部の前記無線端末間について前記電波伝搬減衰値を算出する、
    ことを特徴とする基地局配置支援装置。
  3. 前記電波伝搬減衰値に基づき無線距離を算出する第２の算出部を有し、
    前記クラスタリング部は、前記無線距離に基づき前記複数の無線端末についてクラスタリングを行う、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の基地局配置支援装置。
  4. 前記決定部は、前記クラスタの前記重心点及び前記周辺点の中で、当該クラスタに属する各無線端末との間の電波伝搬減衰値の最大値が最小となる位置を前記無線基地局の配置位置として決定する、
    ことを特徴とする請求項１記載の基地局配置支援装置。
  5. 或るエリアにおける複数の無線端末のそれぞれの位置情報と前記エリアのレイアウトを示す情報とに基づき、前記無線端末間の電波伝搬減衰値を算出する第１の算出手順と、
    前記電波伝搬減衰値に基づき前記複数の無線端末についてクラスタリングを行うクラスタリング手順と、
    前記クラスタリングの結果に基づき、前記無線端末に対する無線基地局の配置位置を決定する決定手順と、
    をコンピュータが実行し、
    前記決定手順は、前記クラスタリングによって生成されるクラスタの重心点及び前記重心点に基づき抽出される複数の周辺点の中から前記無線基地局の配置位置を決定する、
    ことを特徴とする基地局配置支援方法。
  6. 或るエリアにおける複数の無線端末のそれぞれの位置情報と前記エリアのレイアウトを示す情報とに基づき、前記無線端末間の電波伝搬減衰値を算出する第１の算出手順と、
    前記電波伝搬減衰値に基づき前記複数の無線端末についてクラスタリングを行うクラスタリング手順と、
    前記クラスタリングの結果に基づき、前記無線端末に対する無線基地局の配置位置を決定する決定手順と、
    をコンピュータが実行し、
    前記第１の算出手順は、物理距離が所定条件を満たす一部の前記無線端末間について前記電波伝搬減衰値を算出する、
    ことを特徴とする基地局配置支援方法。
  7. 請求項１乃至４いずれか一項記載の基地局配置支援装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
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