WO2022091476A1 - ネットワーク制御装置、ネットワーク制御システム、ネットワーク制御方法、及び無線ネットワークシステム構築方法 - Google Patents

ネットワーク制御装置、ネットワーク制御システム、ネットワーク制御方法、及び無線ネットワークシステム構築方法 Download PDF

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WO2022091476A1
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local service
service server
network
user terminal
communication
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PCT/JP2021/023863
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憲一 窪田
弘明 浅野
雅久 奥田
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パナソニック株式会社
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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present disclosure relates to a network control device, a network control system, a network control method, and a wireless network system construction method for controlling a communication path in a network.
  • 5G 5th generation mobile communication system
  • the frequency used is high and the service area of one base station is small, so that it becomes necessary to arrange the base stations at a higher density. Therefore, it is conceivable to construct a backhaul line network by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations.
  • a local service server that provides services to user terminals is installed in the base station.
  • the arrangement of the local service server (MEC server) is not considered. Therefore, the above-mentioned conventional technique has a problem that a communication path connecting a user terminal and a local service server cannot be appropriately selected.
  • a backhaul line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations, and a communication path connecting a user terminal and a local service server in a locally produced and locally consumed network including a local service server.
  • Network control device, network control system, network control method that can improve the communication speed of the user terminal and reduce the power consumption of the entire system, that is, improve the power efficiency of the wireless network system. , And to provide a method for constructing a wireless network system.
  • the network control device of the present disclosure controls a communication path connecting a user terminal and the local service server in a network including a local service server and a backhole line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations.
  • a network control device including a processor that executes processing, wherein the processor collects information about the user terminal, the base station, and the local service server, and based on the collected information, the user terminal and the said.
  • the entire target network includes the communication path connecting the local service server, the group of the base stations, the base station to be operated among the existing base stations, and the local service server to be operated from the existing local service servers.
  • the power efficiency of the base station or the local service server or the user is set so as to be optimal, and the route information regarding the communication path and the power control information instructing the start / stop of the base station or the local service server can be obtained from the base station or the local service server or the user. It is configured to notify the terminal.
  • the network control system of the present disclosure is configured to include the network control device, a plurality of the base stations, and one or more of the local service servers.
  • a backhole line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations, and a communication path connecting a user terminal and the local service server in a network including a local service server is provided.
  • a network control method in which a processor executes a control process, wherein the processor collects information about the user terminal, the base station, and the local service server, and based on the collected information, the user terminal and the user terminal and the local service server.
  • the entire target network includes the communication path connecting the local service server, the group of the base stations, the base station to be operated among the existing base stations, and the local service server to be operated from the existing local service servers.
  • the power efficiency of the base station or the local service server or the user is set so as to be optimal, and the route information regarding the communication path and the power control information instructing the start / stop of the base station or the local service server can be obtained from the base station or the local service server or the user. It is configured to notify the terminal.
  • the wireless network system construction method of the present disclosure is a wireless network in which a backhaul line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations and a process of constructing a network system including a local service server is performed by an information processing device.
  • the information processing apparatus collects information about a user terminal, the base station, and the local service server, and based on the collected information, arranges the local service server in the entire target network. The configuration is set so that the power efficiency is optimized.
  • the network control device controls the communication path connecting the user terminal and the local service server so as to improve the power efficiency of the entire network, and at the same time controls the start / stop of the existing base station. It also controls the start and stop of existing local service servers. As a result, it is possible to appropriately select the communication path connecting the user terminal and the local service server to improve the communication speed of the user terminal, reduce the power consumption of the entire system, and improve the power efficiency of wireless communication. ..
  • the first invention made to solve the above-mentioned problems includes a user terminal and the local service server in a network including a local service server in which a backhole line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations.
  • a network control device including a processor that executes a process of controlling a communication path connecting the two, and the processor collects information about the user terminal, the base station, and the local service server, and is based on the collected information.
  • the service server is set so that the power efficiency of the entire target network is optimized, and the route information regarding the communication path and the power control information instructing the start / stop of the base station or the local service server are provided to the base station.
  • the configuration is such that the local service server or the user terminal is notified.
  • the network control device controls the communication path connecting the user terminal and the local service server so as to improve the power efficiency of the entire network, and at the same time, controls the start / stop of the existing base station. Controls the start and stop of existing local service servers. As a result, it is possible to appropriately select a communication path connecting the user terminal and the local service server to improve the communication speed of the user terminal, reduce the power consumption of the entire system, and improve the power efficiency.
  • the processor is configured to obtain the power efficiency of the entire target network based on the traffic situation in the backhaul line.
  • the power efficiency of the entire target network can be appropriately obtained according to the status of data traffic (communication data size of the user terminal).
  • the third invention is a network control system having the network control device, a plurality of the base stations, and one or more of the local service servers.
  • the communication path connecting the user terminal and the local service server is appropriately selected to improve the communication speed of the user terminal, reduce the power consumption of the entire system, and power efficiency. Can be improved.
  • the fourth invention controls a communication path connecting a user terminal and the local service server in a network including a local service server and a backhole line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations.
  • a network control method in which processing is executed by a processor, wherein the processor collects information about the user terminal, the base station, and the local service server, and based on the collected information, the user terminal and the local service.
  • the efficiency is set to be optimum, and the route information regarding the communication path and the power control information instructing the start / stop of the base station or the local service server are transmitted to the base station or the local service server or the user terminal. It is configured to notify.
  • the communication path connecting the user terminal and the local service server is appropriately selected to improve the communication speed of the user terminal, reduce the power consumption of the entire system, and power efficiency. Can be improved.
  • the fifth invention is a method for constructing a wireless network system in which a backhaul line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations and a process of constructing a network system including a local service server is performed by an information processing apparatus. Therefore, the information processing apparatus collects information about the user terminal, the base station, and the local service server, and based on the collected information, the arrangement of the local service server is optimized for the power efficiency of the entire target network.
  • the configuration is set so as to be.
  • the location of the local service server can be optimized, that is, the local service server can be installed at the optimum location.
  • the number of local service servers installed can be kept small, so that the power consumption of the entire system can be reduced and the power efficiency can be improved.
  • the cost of installing and operating the system can be reduced.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a wireless network system according to the present embodiment.
  • the wireless network system 1 includes an access point 2 (base station), a local service server 3, a network control server 4 (network control device), and a user terminal 5.
  • the access point 2 is connected to the user terminal 5 by an access line using a 5G wireless communication method. Further, the access point 2 forms a backhaul line with the adjacent access point 2. Further, the backhaul line network is formed by the multi-hop communication by the plurality of access points 2, and the communication path for connecting the user terminal 5 to the local service server 3 is formed by this.
  • the local service server 3 provides a service for so-called local 5G, and executes various applications (programs) related to the service provided to the user terminal 5 at a position physically close to the moving user terminal 5. ..
  • the arrangement of each local service server 3 is not particularly limited, but here, it is connected to any of the access points 2.
  • the local service server 3 is also referred to as an edge server or a MEC (Multi-access Edge Computing) server.
  • the network control server 4 accommodates information on the entire local production for local consumption type wireless network system 1. Further, the network control server 4 may form a part of the core network 11 so as to connect the backhaul line between the access points 2 to the Internet 12 (data network) in cooperation with the core network 11. Further, it may be connected to the Internet 12.
  • the network control server 4 controls the communication path by the backhaul line connecting the user terminal 5 and the local service server 3. Further, the network control server 4 collects and manages information about the user terminal 5, the access point 2, and the local service server 3 from the access point 2 for route control. Specifically, information on the positions of the access point 2 and the local service server 3, the connection status of the user terminal 5 and the backhaul line, the power consumption of the access point 2 and the local service server 3, and the like is managed.
  • the network control server 4 notifies the access point 2 and the local service server 3 of the route information regarding the communication route determined by the route control. Further, in the present embodiment, the network control server 4 controls the operating status of the access point 2 and the local service server 3 in accordance with the route control, and starts and stops the access point 2 and the local service server 3 (turning on the device power). / Off) is notified to the access point 2 and the local service server 3.
  • the network control server 4 groups the access points 2 according to the route control. That is, a plurality of access points 2 constituting a communication path for connecting the user terminal 5 to one local service server 3 are treated as one group (access point 2 group).
  • the network control server 4 notifies the access point 2 of information regarding the change of the group of the access point 2. Further, the network control server 4 creates information (table) regarding the priority of the access point 2 as the connection destination according to the quality request of the service of the user terminal 5, and notifies the access point 2.
  • the user terminal 5 is, for example, a smartphone, a tablet terminal, a vehicle having a wireless communication function, or the like.
  • the user terminal 5 is connected to the access point 2 by an access line, and communicates with the local service server 3 via a backhaul line composed of a plurality of access points 2 to provide services of the local service server 3. Can be used. Further, the user terminal 5 can use the service on the Internet 12 (data network) via the backhaul line and the core network 11.
  • This wireless network system 1 uses the technologies of N3IWF (Non-3GPP Interworking Function), TNAF / TNGF, and TWAF / TWIF by the core cooperation function of the local service server 3 and the network control server 4, and uses Non-3GPP Access (Non-3GPP Access ( It is also possible to cooperate with the core network 11 that houses WiGig (registered trademark) and WLAN).
  • N3IWF Non-3GPP Interworking Function
  • TNAF / TNGF Non-3GPP Interworking Function
  • TWAF / TWIF Non-3GPP Access
  • this wireless network system not only the route control between the user terminal 5 and the local service server 3 and the Internet 12 (data network), but also the information collected by the access point 2 is distributed to the user terminal 5 by WebAPI.
  • Information distribution service may be provided. Specifically, traffic information on vehicle traffic volume, traffic regulation, detour guidance, road construction plans, etc. may be provided to the vehicle driver, and public policy information on city planning, disaster countermeasures, etc. may be provided. You may use it for publication.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement status of the access point 2 and the local service server 3.
  • the access point 2 (AP) is installed at an appropriate place (for example, an intersection) in the road network where the main road and the branch road intersect.
  • a local service server 3 (LSS) is connected to some access points 2.
  • the user terminal 5 (UE) on the road is connected to a nearby access point 2 via an access line.
  • a backhaul line is formed between the adjacent access points 2.
  • the position, moving direction, and moving speed of the user terminal 5 on the road are quantified, a crossing road network is configured based on the moving route of the user terminal 5, and a traffic flow model is defined by this.
  • This traffic flow model is used to generate a traffic model for estimating the traffic status of the target network (backhaul line).
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the network control server 4.
  • the network control server 4 includes a communication unit 21, a memory 22, and a processor 23.
  • the communication unit 21 includes a communication circuit for communicating with the access point 2, the local service server 3, and the user terminal 5 via the core network 11.
  • the communication unit 21 and the access point 2 may be connected without going through the core network 11.
  • the memory 22 stores a program or the like executed by the processor 23. Further, the memory 22 stores the registration information of the database. In this database, information about the user terminal 5, information about the arrangement of devices (access point 2 and local service server 3), information about radio quality, information about data traffic and traffic traffic, information about communication routes, and the like are registered. ..
  • the processor 23 executes various processes related to the route control of the backhaul line network by executing the program stored in the memory 22.
  • the processor 23 performs information collection processing, traffic model generation processing, path cost calculation processing, communication route generation processing, candidate route selection processing, traffic estimation processing, power efficiency calculation processing, optimum route selection processing, and control information. Perform notification processing, etc.
  • the processor 23 collects various information from the access point 2.
  • the traffic status of access lines and backhaul lines specifically, user throughput (communication speed), user data direction, communication volume, priority, communication time, number of connections of user terminal 5, and so on.
  • Information such as MCS (Modulation and Coding Scheme), SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) of each access line, and congestion status of access line and backhaul line is the access point. Collected from 2. Further, information on the position, direction, and speed of the user terminal 5 is collected from the access point 2. In addition, information on the location, power consumption, and processing load factor of the devices (access point 2 and local service server 3) is collected from the access point 2. The collected information is registered in the database built in the network control server 4.
  • the processor 23 In the traffic model generation process, the processor 23 generates a traffic model for estimating the traffic status of the target network (backhaul line). This traffic model is generated based on the traffic map data, the installation information (location information) of the access point 2, and the information related to the traffic traffic. At this time, the position, the moving direction, and the moving speed of the user terminal 5 are quantified, and the crossing road network is constructed based on the moving route of the user terminal 5, thereby defining the traffic flow model.
  • the processor 23 calculates the path cost (link cost) of the wireless link between the adjacent access points 2. This path cost (link cost) is calculated based on the number of connected user terminals 5, the available bandwidth of the target network (backhaul line), the delay, and the like. Further, the path cost of the entire communication path in the target network (backhaul line) is calculated as the total of the link costs.
  • the processor 23 In the communication route generation process, the processor 23 generates an effective communication route in the target network (backhaul line). Specifically, the core is based on the connection status between the access points 2 constituting the target network (presence or absence of a wireless link) and the position of the local service server 3 (the position of the access point 2 to which the local service server 3 is connected). A communication path is generated as a tree structure from the network 11.
  • the processor 23 selects a candidate route that is a candidate for the optimum route from the valid communication routes.
  • this candidate route an access point 2 related to multi-hop communication for transmitting user data and a backhaul line between them are defined, and an access point 2 and a local service server 3 to be operated are also defined.
  • a candidate route setting table according to the traffic condition (traffic volume) of the user terminal 5 is created in advance, and the environment conditions such as the traffic condition, the weather, and the accident related to the user terminal 5 for each time zone are prepared in advance.
  • a candidate route may be selected. This saves the trouble of selecting candidate routes by dynamic brute force.
  • a route that minimizes the path cost can be selected as a candidate route.
  • the cost (link cost: link length) for each wireless link between the access points 2 is set based on the available bandwidth and the number of connections of the user terminals 5.
  • the shortest route from the user terminal 5 to the local service server 3 is obtained.
  • the minimum spanning tree that is, the spanning tree that minimizes the path cost (sum of link costs) is obtained as a candidate route.
  • the sum of the link lengths (link costs) path cost of the entire communication path
  • the objective function can be processed as a linear programming problem to be minimized.
  • the route that maximizes the available bandwidth (total data flow rate, throughput) can be selected as the candidate route.
  • the processor 23 estimates the actual traffic situation in the target network (backhaul line) using the traffic model for each candidate route. At this time, information on radio propagation and line connection of the target network is acquired, and based on the information, the data traffic amount (communication speed) is estimated for each candidate route using the traffic model. The amount of data traffic may be estimated including the access line between the user terminal 5 and the access point 2.
  • the power consumption of the entire target network is the total power consumption of the devices (access point 2 and local service server 3) operating in the target network. Therefore, when the number of operating access points 2 and the local service server 3 is reduced, the power of the entire system is reduced, and the power efficiency is improved.
  • the processor 23 compares the power efficiency of each candidate route and selects the candidate route that maximizes the power efficiency as the optimum route. At this time, the access point 2 and the local service server 3 that are not included in the optimum route are excluded as being stopped, and the access point 2 and the local service server 3 to be operated are determined. Since the power efficiency changes according to the amount of data traffic of the user terminal 5, the optimum route differs depending on the amount of data traffic of the user terminal 5.
  • the optimum route can be derived as a linear programming problem for maximizing the power efficiency from the maximization of the throughput.
  • a spanning tree routing protocol used in general route control may be adopted in order to minimize the path cost.
  • the weighting of grouping is performed. Is used.
  • the routing protocol is easy to use because it is practically durable, and it can be quasi-statically routed by distributed control, which contributes to improving power efficiency with a light processing load.
  • the processor 23 uses the route information related to the communication path of the backhaul line and the power control information related to the start / stop of the devices (access point 2 and the local service server 3) as control information in the access point 2 and the local. Notify the service server 3.
  • packet transfer technology such as L2 switch and L3 switch, MPLS (Multi-Protocol Label Switching), OSPF (Open Shortest Path First), etc.
  • the routing protocol of may be used.
  • network slicing, 5G wireless QoS (Quality of Service) control and power control, and 5GNR (New Radio) communication distribution technology to the base station are used as the technology related to the cooperation of the core network 11. May be good.
  • 802.11s, WiFi (registered trademark) SON (Self-Organizing Network), or the like may be applied as a technique related to a wireless mesh network.
  • FIG. 4 is a flow chart showing an operation procedure of the network control server 4.
  • the flow related to information collection shown in FIG. 4A is periodically executed in the cycle T1 (for example, 300 seconds).
  • the processor 23 first collects predetermined information from the access point 2 (ST101). Next, the processor 23 registers the information collected from the access point 2 in the database (ST102). In this database, information about the user terminal 5 (location information, etc.), information about the arrangement of devices (access point 2 and local service server 3), information about wireless line quality, information about data traffic and traffic traffic, route information, etc. Is registered.
  • the processor 23 generates a traffic model based on the traffic map data, the installation information of the access point 2, and the information related to the traffic traffic (ST103).
  • the processor 23 calculates the path cost (link cost) of the wireless link between the adjacent access points 2 (ST104).
  • the access point 2 collects predetermined information about the own device, the user terminal 5, and the local service server 3 and stores it in the memory 22 of the own device, and is required in response to a request from the network control server 4. Information is transmitted to the network control server 4. Further, the information collection performed by the access point 2 is periodically executed in the cycle T0 (for example, 60 seconds).
  • the flow related to monitoring shown in FIG. 4 (B) is periodically executed in the cycle T2 (for example, 10 minutes).
  • the processor 23 monitors the access point 2, the local service server 3, and the backhaul line (ST111). In this monitoring, congestion tendency, failure of equipment (access point 2 and local service server 3), accident of user terminal 5, and the like are detected.
  • the flow related to the route update shown in FIG. 4C is periodically executed in the cycle T3 (for example, 1 hour).
  • the cycle T3 for example, 1 hour.
  • environmental changes such as congestion tendency, device (access point 2 and local service server 3) failure, weather change, and accident related to the user terminal 5 are detected in the flow shown in FIG. 4 (B), the cycle T3.
  • the flow is started by an interrupt without waiting for.
  • a process of predicting the traffic condition for each time zone such as morning, day and night is periodically executed, and the route update is related to the change of the traffic condition for each time zone acquired by the traffic prediction.
  • the flow may be started.
  • the processor 23 first selects a candidate route that is a candidate for the optimum route from the valid communication routes (ST121). At this time, for example, a route that minimizes the path cost is selected as a candidate route.
  • a route that minimizes the path cost is selected as a candidate route.
  • an effective communication path in the target network (backhaul line) is generated in advance.
  • the processor 23 estimates the actual traffic situation in the target network (backhaul line) based on the traffic model for the candidate route, and acquires the communication data size (data traffic amount) (ST122).
  • the processor 23 calculates the power efficiency for each candidate route based on the communication data size (data traffic amount) (ST123).
  • the processor 23 compares the power efficiency of each candidate route and selects the candidate route that maximizes the power efficiency as the optimum route (ST124).
  • the processor 23 uses, as control information, route information related to the communication path of the backhaul line and power control information related to the start / stop of the device (access point 2 or local service server 3), to access point 2 or the local service server 3. Alternatively, the user terminal 5 is notified (ST125).
  • the access point 2 or the local service server 3 controls the power consumption of the device based on the notified power control information.
  • the user terminal 5 may reset the access point 2 or the local service server 3 to be connected based on the notified route information, or may dynamically set the communication route.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a procedure of processing performed by the network control server 4.
  • the processor 23 reads the position information of the access point 2 from the memory 22 (ST201). Further, the processor 23 reads information about the radio and power of the access point 2 from the memory 22 (ST202). Further, the processor 23 reads the radio information of each user terminal 5 and the position information of each time of each user terminal 5 from the memory 22 (ST203).
  • the processor 23 sets the communication data size of the user terminal 5 and the local service server 3 to be connected (ST204).
  • the processor 23 selects a communication route based on the metric (priority of the communication route) of the routing table (ST205).
  • the processor 23 calculates the communication speed of the user terminal 5 (communication speed from the user terminal 5 to the connection destination local service server 3) according to the selected communication path (ST206).
  • the processor 23 calculates the communication speed of the user terminal 5 by another communication path (ST207).
  • the processor 23 aggregates the power efficiency for each communication path from the communication speed and power consumption of the entire target network (ST208).
  • a pattern table of the optimum communication route derived in advance assuming the traffic condition of the user terminal 5 is created, and the communication route is selected according to the time zone of the traffic condition, the weather, and the environmental condition such as an accident. You may.
  • the processing time can be shortened as compared with the case where the communication path is calculated and the power efficiency is calculated each time as described above.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing elements of the routing table.
  • the network control server 4 creates a routing table (route table, route information) of the registered contents shown in FIG. 6 and controls the route of the backhaul line. This routing table is held by each access point 2.
  • the elements of the destination network are the network address and netmask information of the local service server 3 that provides the service to the user terminal 5.
  • the next hop element is information that defines to which next adjacent access point 2 the data should be transferred in order to reach the destination network.
  • the element of the output interface is information about the output interface of the own device (access point 2). Specifically, in order to transfer data to the access point 2 of the next hop, the access point 2 is the interface of the own device. This is information that specifies whether to output from.
  • the access point 2 may change the setting of the route configuration of the backhaul line by up / down the port of the antenna or the L2 switch.
  • the element of the information source is the information about the information source of the information described in the routing table, and specifically, the information that clearly indicates whether the information is manually set by the network administrator or the calculation result by the route control algorithm. be.
  • the element of the metric is information on the priority given to each route when there are a plurality of routes to the same destination network, and specifically, information on radio quality, number of hops, and path cost.
  • a control method for selecting the candidate route based on the radio quality between the adjacent access points 2 can be used.
  • a control method for selecting a route that minimizes the number of hops from the user terminal 5 to the local service server 3 (destination network) as a candidate route for example, a RIP (Routing Information Protocol) technique is used. Can be done.
  • a control method for selecting a route that minimizes the path cost (sum of link costs) of the entire target network (backhaul line) as a candidate route for example, OSPF (Open Shortest Path First) technology is used. Can be used.
  • OSPF Open Shortest Path First
  • the update timing there are static control, proactive control (from 5-30 minutes), and reactive control (dynamic). Further, the second to fourth methods improve the throughput in consideration of the load balance.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the form of the target network.
  • the network control server 4 calculates the total of the path costs (link costs) of the wireless links between the adjacent access points 2 for the target network (backhaul line) composed of the plurality of access points 2.
  • the communication route that minimizes the sum of the path costs is selected as a candidate route that is a candidate for the optimum route.
  • the communication path is set as a spanning tree (a state in which all branches and leaves are connected and does not include a cycle). That is, the spanning tree that minimizes the sum of the path costs (link costs) is selected as the candidate route.
  • the example shown in FIG. 7 is a case where six access points 2 are installed in the target network (backhaul line).
  • the example shown in FIGS. 7 (A-1), (A-2), and (A-3) is a case where the path cost is set as the reciprocal of the transmission band of the backhaul line.
  • the path cost is 1, and in the communication method of MCS8 (maximum communication speed: 2,310 Mbps).
  • the path cost is 2, and the path cost is 4 in the communication method of MCS4 (maximum communication speed: 1,155 Mbps).
  • the example shown in FIGS. 7 (B-1), (B-2), and (B-3) is a case where the access points 2 are grouped.
  • the path cost is set as the reciprocal of the transmission band of the backhaul line, and the path cost is set to twice the ratio of the degree of congestion to the lines in the group for the lines between the groups.
  • This ratio of the degree of congestion is an adjustable value and is derived by the reciprocal ratio of the communication speed of the path cost. Therefore, in the case of a network topology with many congestion sections, the path cost may be reset based on the ratio of the degree of congestion.
  • the path cost may be set as the number of hops from the access point 2 to which the user terminal 5 is connected to the access point 2 to which the local service server 3 is connected.
  • the path cost may be set as the number of hops from the access point 2 to which the user terminal 5 is connected to the access point 2 to which the local service server 3 is connected.
  • the number of hops when there are 6 access points 2, it is the same as the example shown in FIG. 7 (B-2), and when there are 8 access points 2, it is the same as the example shown in FIG. 7 (B-3). Is.
  • This setting by the number of hops also reflects the grouping in the cost, so that the throughput and power efficiency are improved.
  • the path cost may be set for each group of the access point 2, and the path cost for the entire communication path may be set as a spanning tree by integrating the path cost for each group.
  • the path cost for the entire communication path may be set as a spanning tree by integrating the path cost for each group.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of an adjacency matrix of path costs.
  • the communication route that calculates the path cost for the target network (backhaul line) and minimizes the total of the path costs is selected as a candidate route that is a candidate for the optimum route.
  • the path cost is represented by the adjacency matrix shown in FIGS. 8 (B-1) and 8 (B-2). This adjacency matrix represents the MCS value between access point 2 of #m and access point 2 of #n.
  • FIG. 8A is a case where six access points 2 are installed in the target network (backhaul line).
  • FIGS. 8 (B-1) and 8 (B-2) a 6 ⁇ 6 adjacency matrix is used.
  • the path cost is set as the reciprocal of the transmission band of the target network (backhaul line). Further, for example, in WiGig (trademark registration), the pass cost is 1 in the case of MCS12 (4,620 Mbps), the pass cost is 2 in the case of MCS8 (2,310 Mbps), and the pass cost is 4 in the case of MCS4.
  • the local service server 3 (LSS) is connected to each of the access points 2 (AP) of # 2 and # 5. Further, it is assumed that the access point 2 of # 1, # 3, # 4, # 6 is located at the end of the target network (backhaul line), and the access point 2 of # 2, # 5 is located in the middle of the target network. , The upper limit of the number of lines is set.
  • each access point 2 the combination in which the MCS value is higher, specifically, the MCS value is ranked from the smallest to the second is left, and the MCS values of other combinations are set. Set to "0".
  • the MCS values are “1.8”, “2”, “3.7”, and “12”, and in the example shown in FIG. 8 (B-2), the MCS values are. Is the lower "3.7” and "12" is "0".
  • the sum of the path costs (link costs) of the wireless links between the adjacent access points 2 is the sum of the path costs (link costs) of the target network (backhaul line) based on this adjacency matrix. Calculated as a path cost.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a difference depending on whether or not the access points 2 are grouped.
  • FIGS. 9 (A-1) and 9 (A-2) show an example of the form of the target network.
  • FIG. 9B is a graph showing an example of data traffic.
  • the access points 2 are grouped.
  • the operating access point 2 and the local service server 3 are appropriately changed, and the group of the access point 2 is changed according to the change of the operating access point 2 and the local service server 3.
  • the group is a plurality of access points 2 constituting a communication path for connecting the user terminal 5 to one local service server 3, specifically, an access point 2 to which the user terminal 5 is connected. It is composed of an access point 2 to which the local service server 3 is connected and an access point 2 connecting the two access points 2 by multi-hop communication.
  • FIGS. 9 (A-1) and 9 (A-2) are examples in which six access points 2 are installed in the target network (backhaul line).
  • a local service server 3 is connected to each of the two access points 2 out of the six access points 2.
  • the example shown in FIG. 9A is an example of a communication path in the case of giving priority to the connection line and specifically, in the case of route control based on RSSI (Received Signal Strength Indicator). In this case, the access point 2 and the local service server 3 are not grouped.
  • the example shown in FIG. 9A-2 is an example of a communication path when the access point 2 and the local service server 3 are grouped.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 9B is the communication data size, specifically, the data size (Mbps) transmitted from the user terminal 5 to the access point 2.
  • the vertical axis of the graph is the data traffic (total communication speed) (Mbps) of the entire target network (backhaul line).
  • the slope of a straight line representing the relationship between the communication data size and the data traffic changes due to the influence of communication congestion.
  • FIG. 10 is a graph showing an example of data traffic and power efficiency.
  • route control is performed using the power efficiency of the entire target network (backhaul line) as an index. Specifically, when the number of operating access points 2 to which the user terminal 5 can be connected is set to a predetermined number, for example, when all the installed access points 2 are operated, the number of operating local service servers 3 is set. As a variable, the power efficiency according to the number of operating local service servers 3 is compared. Then, the number of local service servers 3 having the maximum power efficiency is operated according to the communication speed actually used.
  • the example shown in FIG. 10 is a case where six access points 2 are installed in the target network (backhaul line). In this case, when all the access points 2 are operated, the power efficiency when the number of operating (installed number) of the local service servers 3 is 1 to 6 is compared.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 10A is the communication data size, specifically, the data size (Mbps) transmitted from the user terminal 5 toward the access point 2 connected to the local service server 3. ..
  • the vertical axis of the graph is the average value (Mbps) of the data traffic (total value of communication speeds) of the entire target network (backhaul line).
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 10 (B) is the communication data size (Mbps) as in the graph shown in FIG. 10 (A).
  • the vertical axis of the graph is the power efficiency (Mbit / Joule) of the entire target network (backhaul line).
  • the optimum range is when there is one local service server 3 (LSS)
  • the optimum range is when there are two local service servers 3, and there are three cases where there are three local service servers 3.
  • FIG. 11 is a graph showing an example of data traffic and power efficiency.
  • the example shown in FIG. 11 is a case where nine access points 2 are installed in the target network (backhaul line). In this case, when all the access points 2 are operated, the power efficiency when the number of operating (installed number) of the local service servers 3 is 1 to 9 is compared.
  • the horizontal axis and the vertical axis of the graph shown in FIG. 11 (A) are the communication data size (Mbps) and the data traffic (communication) of the entire target network (backhaul line), respectively, as in the example shown in FIG. 11 (A). It is the average value (Mbps) of the total value of the speed).
  • the horizontal axis and the vertical axis of the graph shown in FIG. 11 (B) are the communication data size (Mbps) and the power efficiency of the entire target network (backhaul line), respectively, as in the example shown in FIG. 10 (B). (Mbit / Joule).
  • the optimum range is when there is one local service server 3 (LSS), the optimum range is when there are two local service servers 3, and there are three cases where there are three local service servers 3.
  • the number of operating local service servers 3 is reduced to one-third of the number of operating access points 2 due to the influence of congestion. If this is the case, specifically, when the number of operating access points 2 is 3, the power efficiency of the entire target network can be improved by 33%.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the form of the target network.
  • FIG. 13 is a graph showing an example of data traffic and power efficiency according to each form shown in FIG.
  • the example shown in FIG. 12 is a case where nine access points 2 (AP) are installed in the target network (backhaul line). Further, in the example shown in FIG. 12A, two local service servers 3 (LSS) are in operation. The example shown in FIG. 12B is a case where three local service servers 3 are operating. The example shown in FIG. 12C is a case where all the local service servers 3 connected to the nine access points 2 are operating. The examples shown in FIGS. 12 (D) and 12 (E) are cases where the number of operating access points 2 is reduced by 2 from the examples shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B) to 7 units, respectively.
  • LSS local service servers 3
  • the horizontal axis and the vertical axis of the graph shown in FIG. 13 (A) are the communication data size (Mbps) and the data traffic (communication) of the entire target network (backhaul line), respectively, as in the example shown in FIG. 13 (A). It is the average value (Mbps) of the total value of the speed).
  • the horizontal axis and the vertical axis of the graph shown in FIG. 13 (B) are the communication data size (Mbps) and the power efficiency of the entire target network (backhaul line), respectively, as in the example shown in FIG. 13 (B). (Mbit / Joule).
  • the optimum range is when 7 access points 2 and 2 local service servers 3 are used, and the optimum range is when 7 access points 2 and 3 local service servers 3 are used.
  • the number of operating access points 2 is 9 and the number of operating local service servers 3 is 9
  • the number of operating access points 2 is 7 and the number of operating local service servers 3 is 9.
  • the power efficiency of the entire target network can be improved by 50%.
  • the power efficiency of the entire target network can be improved by 33% as compared with the case of the maximum configuration. can.
  • the network control server 4 connects the user terminal 5 and the local service server 3 so that the power efficiency of the entire target network is improved in the route control of the target network (backhaul line).
  • the start / stop of the existing access point 2 is controlled, and the start / stop of the existing local service server 3 is controlled.
  • the communication path connecting the user terminal 5 and the local service server 3 can be appropriately selected to improve the communication speed of the terminal and reduce the power consumption of the entire system.
  • the operating status of the access point 2 and the local service server 3 is controlled to optimize the arrangement of the access point 2 and the local service server 3.
  • the arrangement of the local service server 3 can be optimized when the wireless network system 1 is constructed. That is, when installing the local service server 3, the arrangement of the local service server 3 can be set so that the power efficiency of the entire network is optimized. This process may be performed by the network control server 4, but may be performed by an appropriate information processing device different from the network control server 4.
  • a backhaul line is configured by wireless multi-hop communication between a plurality of base stations, and a location including a local service server is included.
  • the communication path connecting the user terminal and the local service server is appropriately selected to improve the communication speed of the terminal and reduce the power consumption of the entire system, that is, the power efficiency of wireless communication is improved. It has an effect that can be achieved, and is useful as a network control device, a network control system, a network control method, a wireless network system construction method, and the like for controlling a communication path in a network.
  • Wireless network system (network control system) 2 Access point (base station) 3 Local service server 4 Network control server (network control device) 5 User terminal 11 Core network 12 Internet 21 Communication unit 22 Memory 23 Processor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

【課題】基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成され、ローカルサービスサーバを含む地産地消型のネットワークにおいて、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定して通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減して無線通信の電力効率を改善する。 【解決手段】ネットワーク制御サーバ４が、ユーザ端末５、アクセスポイント２、およびローカルサービスサーバ３に関する情報を収集し、その情報に基づき、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路、アクセスポイントのグループ、稼働させるアクセスポイント、および稼働させるローカルサービスサーバを、電力効率が最適となるように設定し、通信経路に関する経路情報と、アクセスポイントまたはローカルサービスサーバの起動停止を指示する電力制御情報とを、アクセスポイントまたはローカルサービスサーバまたはユーザ端末に通知する。

Description

ネットワーク制御装置、ネットワーク制御システム、ネットワーク制御方法、及び無線ネットワークシステム構築方法
　本開示は、ネットワークにおける通信経路を制御するネットワーク制御装置、ネットワーク制御システム、ネットワーク制御方法、及び無線ネットワークシステム構築方法に関する。
　モバイルネットワークの分野では、５Ｇ（第５世代移動体通信システム）が商用化の段階にある。このような５Ｇでは、利用される周波数が高く、１つの基地局のサービスエリアが小さくなるため、基地局をより高密度に配置する必要が生じる。そのため、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線のネットワークを構築することが考えられる。
　一方、有線通信路が前提である環境下では、バックホール回線は固定的に提供され、通信経路が自由に変更されるものではない。しかし、無線マルチホップ通信で構成されるバックホール回線のネットワークでは、通信経路を自由に変更できる。そこで、環境の変化などに応じて、無線マルチホップ通信（多段の無線リレー）で構成されるバックホール回線のネットワークにおける通信経路をフレキシブルに構築する技術が知られている（特許文献１参照）。
国際公開第ＷＯ２０１８／０９６８３９号公報
　さて、ある地域で発生した需要をその地域内で供給する地産地消型の移動体通信サービスが注目されている。この地産地消型の移動体通信サービスでは、遅延の低減及びトラヒックの軽減を図ることができる。また、地産地消型の移動体通信サービスを５Ｇにおいて実現する、いわゆるローカル５Ｇも提案されている。
　この地産地消型の移動体通信サービスでは、ユーザ端末にサービスを提供するローカルサービスサーバが基地局に併設される。しかしながら、上記従来技術では、ローカルサービスサーバ（ＭＥＣサーバ）の配置については考慮されていない。したがって、上記従来技術では、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定できないという問題があった。
　また、複数の基地局間の無線マルチホップ通信により構成されるバックホール回線のネットワークにおいても、ネットワーク全体の消費電力を増大させないもしくは低減しつつ、ユーザ端末の通信速度を向上すること、すなわち、電力効率を改善することが強く望まれる。前記従来の技術では、ネットワーク全体の電力効率を高めることについては考慮されていない。電力効率は例えば次式で表すことができる。
　　電力効率［Mbit/Joule］＝｛端末通信速度の合計［Mbps］｝
　　　　　　　　　　　　÷｛システム全体の消費電力［Ｗ］｝
　そこで、本開示は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共に、ローカルサービスサーバを含む地産地消型のネットワークにおいて、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定してユーザ端末の通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減する、すなわち無線ネットワークシステムの電力効率を改善することができる、ネットワーク制御装置、ネットワーク制御システム、ネットワーク制御方法、及び無線ネットワークシステム構築方法を提供することを主な目的とする。
　本開示のネットワーク制御装置は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークにおいて、ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御する処理を実行するプロセッサを備えたネットワーク制御装置であって、前記プロセッサは、前記ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、収集した情報に基づいて、前記ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路、前記基地局のグループ、既設の前記基地局のうちの稼働させる前記基地局、および既設の前記ローカルサービスサーバのうちの稼働させる前記ローカルサービスサーバを、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定し、前記通信経路に関する経路情報と、前記基地局または前記ローカルサービスサーバの起動停止を指示する電力制御情報とを、前記基地局または前記ローカルサービスサーバまたはユーザ端末に通知する構成とする。
　また、本開示のネットワーク制御システムは、前記ネットワーク制御装置、複数の前記基地局、及び１以上の前記ローカルサービスサーバを有する構成とする。
　また、本開示のネットワーク制御方法は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークにおいて、ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御する処理をプロセッサにより実行するネットワーク制御方法であって、前記プロセッサは、前記ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、収集した情報に基づいて、前記ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路、前記基地局のグループ、既設の前記基地局のうちの稼働させる前記基地局、および既設の前記ローカルサービスサーバのうちの稼働させる前記ローカルサービスサーバを、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定し、前記通信経路に関する経路情報と、前記基地局または前記ローカルサービスサーバの起動停止を指示する電力制御情報とを、前記基地局または前記ローカルサービスサーバまたはユーザ端末に通知する構成とする。
　また、本開示の無線ネットワークシステム構築方法は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークシステムを構築する処理を情報処理装置により行う無線ネットワークシステム構築方法であって、前記情報処理装置は、ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、収集した情報に基づいて、前記ローカルサービスサーバの配置を、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定する構成とする。
　本開示によれば、ネットワーク制御装置が、ネットワークの全体の電力効率が向上するように、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御すると同時に、既設の基地局の起動停止を制御し、また、既設のローカルサービスサーバの起動停止を制御する。これにより、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定してユーザ端末の通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減し、無線通信の電力効率を改善することができる。
本実施形態に係る無線ネットワークシステムの全体構成図 アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の配置状況の一例を示す説明図 ネットワーク制御サーバ４の概略構成を示すブロック図 ネットワーク制御サーバ４の動作手順を示すフロー図 ネットワーク制御サーバ４で行われる処理の手順を示すフロー図 バックホール回線の経路制御に用いられるルーティングテーブルの要素を示す説明図 対象ネットワークの形態の一例を示す説明図 ネットワーク制御サーバ４の経路制御に用いられるパスコストの隣接行列の一例を示す説明図 アクセスポイント２をグループ化するか否かによる違いを示す説明図およびグラフ 対象ネットワークの形態の一例（アクセスポイント２が６基の場合）のデータトラヒックおよび電力効率の一例を示すグラフ 対象ネットワークの形態の一例（アクセスポイント２が９基の場合）のデータトラヒックおよび電力効率の一例を示すグラフ 対象ネットワークの形態の一例（アクセスポイント２が９基から７基に減らされた場合）を示す説明図 図１２に示した各形態に応じたデータトラヒックおよび電力効率の一例を示すグラフ
　前記課題を解決するためになされた第１の発明は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークにおいて、ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御する処理を実行するプロセッサを備えたネットワーク制御装置であって、前記プロセッサは、前記ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、収集した情報に基づいて、前記ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路、前記基地局のグループ、既設の前記基地局のうちの稼働させる前記基地局、および既設の前記ローカルサービスサーバのうちの稼働させる前記ローカルサービスサーバを、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定し、前記通信経路に関する経路情報と、前記基地局または前記ローカルサービスサーバの起動停止を指示する電力制御情報とを、前記基地局または前記ローカルサービスサーバまたは前記ユーザ端末に通知する構成とする。
　これによると、ネットワーク制御装置が、ネットワークの全体の電力効率が向上するように、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御すると同時に、既設の基地局の起動停止を制御し、また、既設のローカルサービスサーバの起動停止を制御する。これにより、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定してユーザ端末の通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減し、電力効率を改善することができる。
　また、第２の発明は、前記プロセッサは、前記バックホール回線におけるトラヒックの状況に基づいて、前記対象ネットワーク全体の電力効率を求める構成とする。
　これによると、データトラヒック（ユーザ端末の通信データサイズ）の状況に応じて、対象ネットワーク全体の電力効率を適切に求めることができる。
　また、第３の発明は、前記ネットワーク制御装置、複数の前記基地局、及び１以上の前記ローカルサービスサーバを有するネットワーク制御システムとする。
　これによると、第１の発明と同様に、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定してユーザ端末の通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減し、電力効率を改善することができる。
　また、第４の発明は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークにおいて、ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御する処理をプロセッサにより実行するネットワーク制御方法であって、前記プロセッサは、前記ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、収集した情報に基づいて、前記ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路、前記基地局のグループ、既設の前記基地局のうちの稼働させる前記基地局、および既設の前記ローカルサービスサーバのうちの稼働させる前記ローカルサービスサーバを、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定し、前記通信経路に関する経路情報と、前記基地局または前記ローカルサービスサーバの起動停止を指示する電力制御情報とを、前記基地局または前記ローカルサービスサーバまたはユーザ端末に通知する構成とする。
　これによると、第１の発明と同様に、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定してユーザ端末の通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減し、電力効率を改善することができる。
　また、第５の発明は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークシステムを構築する処理を情報処理装置により行う無線ネットワークシステム構築方法であって、前記情報処理装置は、ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、収集した情報に基づいて、前記ローカルサービスサーバの配置を、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定する構成とする。
　これによると、ローカルサービスサーバの位置を最適化する、すなわち、最適な位置にローカルサービスサーバを設置することができる。これにより、ローカルサービスサーバの設置数を少なく抑えることができるため、システム全体の消費電力を削減し、電力効率を改善することができる。また、システムの設置や運用の費用をも削減することができる。
　以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
　図１は、本実施形態に係る無線ネットワークシステムの全体構成図である。
　無線ネットワークシステム１（ネットワーク制御システム）は、アクセスポイント２（基地局）と、ローカルサービスサーバ３と、ネットワーク制御サーバ４（ネットワーク制御装置）と、ユーザ端末５とを備える。
　アクセスポイント２は、５Ｇの無線通信方式によるアクセス回線によりユーザ端末５と接続される。また、アクセスポイント２は、隣接するアクセスポイント２との間にバックホール回線が形成される。また、複数のアクセスポイント２によるマルチホップ通信により、バックホール回線のネットワークが形成され、これによりユーザ端末５をローカルサービスサーバ３に接続するための通信経路が構成される。
　ローカルサービスサーバ３は、いわゆるローカル５Ｇのためのサービスを提供するものであり、移動するユーザ端末５と物理的に近い位置において、ユーザ端末５に提供するサービスに関する種々のアプリケーション（プログラム）を実行する。各ローカルサービスサーバ３の配置には、特に制限はないが、ここではアクセスポイント２のいずれかに接続される。なお、ローカルサービスサーバ３は、エッジサーバ、ＭＥＣ（Multi-access Edge Computing）サーバとも呼称される。
　ネットワーク制御サーバ４は、地産地消型の無線ネットワークシステム１全体の情報を収容する。また、コアネットワーク１１と連携して、アクセスポイント２間のバックホール回線をインターネット１２（データネットワーク）に接続させるよう、ネットワーク制御サーバ４は、コアネットワーク１１の一部を構成してもよいし、また、インターネット１２に接続されてもよい。
　また、ネットワーク制御サーバ４は、ユーザ端末５とローカルサービスサーバ３とを結ぶバックホール回線による通信経路を制御する。また、ネットワーク制御サーバ４は、経路制御のため、ユーザ端末５、アクセスポイント２、およびローカルサービスサーバ３に関する情報をアクセスポイント２から収集して管理する。具体的には、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の位置や、ユーザ端末５およびバックホール回線の接続状況や、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の消費電力などに関する情報が管理される。
　また、ネットワーク制御サーバ４は、経路制御により決定した通信経路に関する経路情報を、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３に通知する。さらに、本実施形態では、ネットワーク制御サーバ４が、経路制御に伴って、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の稼働状況を制御し、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の起動停止（装置電源のオン／オフ）に関する電力制御情報を、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３に通知する。
　また、ネットワーク制御サーバ４は、経路制御に伴って、アクセスポイント２をグループ化する。すなわち、ユーザ端末５を１基のローカルサービスサーバ３に接続させる通信経路を構成する複数のアクセスポイント２が、１つのグループ（アクセスポイント２群）として取り扱われる。ネットワーク制御サーバ４は、アクセスポイント２のグループの変更に関する情報を、アクセスポイント２に通知する。また、ネットワーク制御サーバ４は、ユーザ端末５のサービスの品質要求に応じて、接続先となるアクセスポイント２の優先度に関する情報（テーブル）を作成して、アクセスポイント２に通知する。
　ユーザ端末５は、例えばスマートフォンやタブレット端末、無線通信機能を持った車両等である。このユーザ端末５は、アクセス回線によりアクセスポイント２に接続され、複数のアクセスポイント２により構成されるバックホール回線を経由して、ローカルサービスサーバ３と通信を行うことにより、ローカルサービスサーバ３のサービスを利用することができる。また、ユーザ端末５は、バックホール回線およびコアネットワーク１１を介して、インターネット１２（データネットワーク）上のサービスを利用することができる。
　この無線ネットワークシステム１は、ローカルサービスサーバ３、およびネットワーク制御サーバ４によるコア連携機能により、Ｎ３ＩＷＦ（Non-3GPP Interworking Function）、ＴＮＡＦ／ＴＮＧＦ、ＴＷＡＦ／ＴＷＩＦの技術を用いて、Non-3GPP Access（ＷｉＧｉｇ（登録商標）やＷＬＡＮ）を収容するコアネットワーク１１と連携することも可能である。
　また、この無線ネットワークシステム１では、ユーザ端末５とローカルサービスサーバ３およびインターネット１２（データネットワーク）との間の経路制御だけでなく、ＷｅｂＡＰＩにより、アクセスポイント２で収集した情報をユーザ端末５に配信する情報配信サービスが行われてもよい。具体的には、車両の交通量、交通規制、迂回誘導、および道路工事計画などに関する交通情報を、車両の運転者に提供してもよく、また、都市計画、災害対策などに関する公共施策情報の公開に活用してもよい。
　次に、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の配置について説明する。図２は、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の配置状況の一例を示す説明図である。
　図２に示す例では、幹線系道路と支線系道路とが交差する道路網の適所（例えば交差点）にアクセスポイント２（ＡＰ）が設置されている。一部のアクセスポイント２にはローカルサービスサーバ３（ＬＳＳ）が接続されている。道路上のユーザ端末５（ＵＥ）は、近傍のアクセスポイント２にアクセス回線を介して接続される。隣接するアクセスポイント２の間にはバックホール回線が形成される。
　本実施形態では、道路上のユーザ端末５の位置、移動方向および移動速度が数値化され、ユーザ端末５の移動経路に基づいて交差道路網が構成され、これにより交通流モデルが定義される。この交通流モデルは、対象ネットワーク（バックホール回線）のトラヒック状況を推定するためのトラヒックモデルの生成に利用される。
　次に、ネットワーク制御サーバ４の概略構成について説明する。図３は、ネットワーク制御サーバ４の概略構成を示すブロック図である。
　ネットワーク制御サーバ４は、通信部２１と、メモリ２２と、プロセッサ２３と、を備えている。
　通信部２１は、コアネットワーク１１を介してアクセスポイント２、ローカルサービスサーバ３、およびユーザ端末５と通信を行うための通信回路を備える。なお、コアネットワーク１１を経由せずに通信部２１とアクセスポイント２が接続されてもよい。
　メモリ２２は、プロセッサ２３で実行されるプログラムなどを記憶する。また、メモリ２２は、データベースの登録情報を記憶する。このデータベースには、ユーザ端末５に関する情報、機器（アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３）の配置に関する情報、無線品質に関する情報、データトラヒックおよび交通トラヒックに関する情報、ならびに通信経路に関する情報などが登録される。
　プロセッサ２３は、メモリ２２に記憶されたプログラムを実行することで、バックホール回線のネットワークの経路制御に係る各種の処理を行う。本実施形態では、プロセッサ２３が、情報収集処理、トラヒックモデル生成処理、パスコスト算出処理、通信経路生成処理、候補経路選択処理、トラヒック推定処理、電力効率算出処理、最適経路選定処理、および制御情報通知処理などを行う。
　情報収集処理では、プロセッサ２３が、アクセスポイント２から各種の情報を収集する。例えば、アクセス回線およびバックホール回線のトラヒックの状況、具体的には、ユーザスループット（通信速度）や、ユーザデータの方向、通信量、優先度、および通信時間や、ユーザ端末５の接続数や、各アクセス回線のＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme：変調および符号化方式）、ＳＩＮＲ（信号対干渉ノイズ比：Signal to Interference plus Noise Ratio）や、アクセス回線およびバックホール回線の輻輳状態等の情報がアクセスポイント２から収集される。また、ユーザ端末５の位置、方向および速度の情報がアクセスポイント２から収集される。また、機器（アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３）の位置、消費電力、および処理負荷率の情報がアクセスポイント２から収集される。これらの収集した情報は、ネットワーク制御サーバ４内に構築されたデータベースに登録される。
　トラヒックモデル生成処理では、プロセッサ２３が、対象ネットワーク（バックホール回線）のトラヒック状況を推定するためのトラヒックモデルを生成する。このトラヒックモデルは、交通地図データ、アクセスポイント２の設置情報（位置情報）、および交通トラヒックに関する情報に基づいて生成される。このとき、ユーザ端末５の位置、移動方向および移動速度が数値化され、ユーザ端末５の移動経路に基づいて交差道路網が構成され、これにより交通流モデルが定義される。
　パスコスト算出処理では、プロセッサ２３が、隣接するアクセスポイント２間の無線リンクのパスコスト（リンクコスト）を算出する。このパスコスト（リンクコスト）は、接続されたユーザ端末５の台数、対象ネットワーク（バックホール回線）の可用帯域、遅延等に基づいて算出される。また、対象ネットワーク（バックホール回線）における通信経路全体のパスコストが、リンクコストの総和として算出される。
　通信経路生成処理では、プロセッサ２３が、対象ネットワーク（バックホール回線）において有効な通信経路を生成する。具体的には、対象ネットワークを構成するアクセスポイント２間の接続状況（無線リンクの有無）、ローカルサービスサーバ３の位置（ローカルサービスサーバ３が接続されたアクセスポイント２の位置）に基づいて、コアネットワーク１１からのツリー構造として、通信経路が生成される。
　候補経路選択処理では、プロセッサ２３が、有効な通信経路の中から、最適経路の候補となる候補経路を選択する。この候補経路では、ユーザデータの伝送のためのマルチホップ通信に関係するアクセスポイント２やその間のバックホール回線が規定される他に、稼働させるアクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３も規定される。
　ここで、ユーザ端末５の交通状況（交通量）などに応じた候補経路の設定テーブルを予め作成しておき、時間帯ごとの交通状況、天気、ユーザ端末５に関する事故といった環境状況に応じて、候補経路を選択するものとしてもよい。これにより、動的な総当りで候補経路を選択する面倒を省くことができる。
　また、候補経路選択処理では、パスコストを最小化する経路を候補経路として選択することができる。このとき、可用帯域幅やユーザ端末５の接続数に基づいて、アクセスポイント２間の無線リンクごとのコスト（リンクコスト：リンクの長さ）を設定する。そして、ユーザ端末５からローカルサービスサーバ３までの最短経路を求める。具体的には、最小全域木、すなわち、パスコスト（リンクコストの総和）を最小化する全域木を、候補経路として求める。このとき、例えば、リンクの長さ（リンクコスト）の総和（通信経路全体のパスコスト）を目的関数として、その目的関数を最小化する線形計画問題として処理することができる。
　また、候補経路選択処理では、可用帯域幅（データ総流量、スループット）を最大化する経路を候補経路として選択することができる。
　トラヒック推定処理では、プロセッサ２３が、候補経路ごとに、トラヒックモデルを用いて、対象ネットワーク（バックホール回線）における実際のトラヒック状況を推定する。このとき、対象ネットワークの無線伝搬および回線接続に関する情報を取得し、その情報に基づいて、トラヒックモデルを用いて、候補経路ごとに、データトラヒック量（通信速度）を推定する。ユーザ端末５とアクセスポイント２との間のアクセス回線も含めてデータトラヒック量を推定してもよい。
　電力効率算出処理では、プロセッサ２３が、候補経路ごとに、データトラヒック（通信速度の合計値）に基づいて、電力効率（単位情報量当たりの消費エネルギー）を算出する。この電力効率は、次式のように、ユーザ端末の通信速度の合計値を、対象ネットワーク全体の消費電力で除算することで求めることができる。
電力効率［Mbit/Joule］＝｛通信速度の合計値［Mbps］｝÷｛対象ネットワーク全体の消費電力［Ｗ］｝
　ここで、対象ネットワーク全体の消費電力は、対象ネットワーク内で稼働中の機器（アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３）の消費電力の合計値である。したがって、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の稼働数が減ると、システム全体の電力が小さくなるため、電力効率が高くなる。
　最適経路選定処理では、プロセッサ２３が、候補経路ごとの電力効率を比較して、電力効率を最大化する候補経路を最適経路として選定する。このとき、最適経路に含まれないアクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３は停止されるものとして除外され、稼働させるアクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３が決定される。なお、ユーザ端末５のデータトラヒック量に応じて電力効率が変化するため、最適経路はユーザ端末５のデータトラヒック量に応じて異なる。
　ここで、例えば、対象ネットワーク（バックホール回線）のホップ数（無線リンク数）が少なく、スループット（通信速度の合計値、データトラヒック量）が大きくなると、電力効率が高くなる。したがって、最適経路選定処理では、スループットの最大化から電力効率の最大化を図る線形計画問題として、最適経路を導出することができる。
　また、最適経路選定処理においては、パスコストを最小化するために一般的な経路制御で用いられる全域木方式のルーティングプロトコルが採用されてよい。当該ルーティングプロトコルを用いた最適経路の算出においては、アクセスポイント間の経路選択メトリックとなるコストとして一般的に用いられる通信速度の逆数比（InvCap）やホップ数（MinHop）に加え、グループ化の重み付けが用いられる。当該ルーティングプロトコルは、実用耐性が確保されているため利用しやすく、また分散制御で準静的に経路設定することができるため軽い処理負荷での電力効率改善に寄与する。
　制御情報通知処理では、プロセッサ２３が、制御情報として、バックホール回線の通信経路に関する経路情報、および機器（アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３）の起動停止に関する電力制御情報を、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３に通知する。
　なお、ネットワーク制御サーバ４で行われる対象ネットワーク（バックホール回線）の経路制御では、Ｌ２スイッチおよびＬ３スイッチや、ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）等のパケット転送技術、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）等のルーティングプロトコルが用いられるものとしてもよい。また、経路制御では、コアネットワーク１１の連携に関する技術として、ネットワークスライシング、５Ｇ無線ＱｏＳ（Quality of Service）制御および電力制御、５ＧＮＲ（New Radio）の基地局への通信振分けの技術が用いられるものとしてもよい。また、経路制御では、無線メッシュネットワークに関する技術として、８０２．１１ｓや、ＷｉＦｉ（登録商標）ＳＯＮ（Self-Organizing Network）等を適用するものとしてもよい。
　次に、ネットワーク制御サーバ４の動作手順について説明する。図４は、ネットワーク制御サーバ４の動作手順を示すフロー図である。
　ネットワーク制御サーバ４では、図４（Ａ）に示す情報収集に関するフローが周期Ｔ１（例えば３００秒）で定期的に実行される。
　このフローでは、まず、プロセッサ２３が、所定の情報をアクセスポイント２から収集する（ＳＴ１０１）。次に、プロセッサ２３が、アクセスポイント２から収集した情報を、データベースに登録する（ＳＴ１０２）。このデータベースには、ユーザ端末５に関する情報（位置情報など）、機器（アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３）の配置に関する情報、無線回線品質に関する情報、データトラヒックおよび交通トラヒックに関する情報、および経路情報などが登録される。
　次に、プロセッサ２３が、交通地図データ、アクセスポイント２の設置情報、および交通トラヒックに関する情報に基づいて、トラヒックモデルを生成する（ＳＴ１０３）。
　次に、プロセッサ２３が、隣接するアクセスポイント２間の無線リンクのパスコスト（リンクコスト）を算出する（ＳＴ１０４）。
　なお、アクセスポイント２は、自装置、ユーザ端末５、およびローカルサービスサーバ３に関する所定の情報を収集して、自装置のメモリ２２に格納し、ネットワーク制御サーバ４からの要求に応じて、所要の情報をネットワーク制御サーバ４に送信する。また、アクセスポイント２で行われる情報収集は、周期Ｔ０（例えば６０秒）で定期的に実行される。
　また、ネットワーク制御サーバ４では、図４（Ｂ）に示す監視に関するフローが周期Ｔ２（例えば１０分）で定期的に実行される。
　このフローでは、プロセッサ２３が、アクセスポイント２、ローカルサービスサーバ３、およびバックホール回線に関する監視を行う（ＳＴ１１１）。この監視では、輻輳傾向、機器（アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３）の故障、ユーザ端末５の事故などが検知される。
　また、ネットワーク制御サーバ４では、図４（Ｃ）に示す経路更新に関するフローが周期Ｔ３（例えば１時間）で定期的に実行される。なお、図４（Ｂ）に示すフローで、輻輳傾向、機器（アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３）の故障、天気の変化、ユーザ端末５に関する事故などの環境変化が検知された場合、周期Ｔ３を待たずに割込みでフローが開始される。
　また、本実施形態では、例えば朝昼晩といった時間帯ごとに交通状況を予測する処理が定期的に実行され、その交通予測により取得した時間帯単位の交通状況の変化を機に、経路更新に関するフローが開始されてもよい。
　このフローでは、まず、プロセッサ２３が、有効な通信経路の中から、最適経路の候補となる候補経路を選択する（ＳＴ１２１）。このとき、例えば、パスコストを最小化する経路を候補経路として選択する。なお、ネットワーク制御サーバ４では、対象ネットワーク（バックホール回線）における有効な通信経路が予め生成される。
　また、プロセッサ２３が、候補経路に関して、トラヒックモデルに基づいて、対象ネットワーク（バックホール回線）における実際のトラヒック状況を推定し、通信データサイズ（データトラヒック量）を取得する（ＳＴ１２２）。
　次に、プロセッサ２３が、候補経路ごとに、通信データサイズ（データトラヒック量）に基づいて、電力効率を算出する（ＳＴ１２３）。
　次に、プロセッサ２３が、候補経路ごとの電力効率を比較して、電力効率を最大化する候補経路を最適経路として選定する（ＳＴ１２４）。
　次に、プロセッサ２３が、制御情報として、バックホール回線の通信経路に関する経路情報、および機器（アクセスポイント２またはローカルサービスサーバ３）の起動停止に関する電力制御情報を、アクセスポイント２またはローカルサービスサーバ３またはユーザ端末５に通知する（ＳＴ１２５）。
　アクセスポイント２またはローカルサービスサーバ３は、通知された電力制御情報をもとに装置の消費電力を制御する。ユーザ端末５は、通知された経路情報をもとに、接続するアクセスポイント２やローカルサービスサーバ３を再設定してもよいし、動的に通信経路を設定してもよい。
　次に、ネットワーク制御サーバ４で行われる処理の手順について説明する。図５は、ネットワーク制御サーバ４で行われる処理の手順を示すフロー図である。
　ネットワーク制御サーバ４では、まず、プロセッサ２３が、アクセスポイント２の位置情報をメモリ２２から読み込む（ＳＴ２０１）。また、プロセッサ２３が、アクセスポイント２の無線および電力に関する情報をメモリ２２から読み込む（ＳＴ２０２）。また、プロセッサ２３が、各ユーザ端末５の無線情報と、各ユーザ端末５の各時刻の位置情報とをメモリ２２から読み込む（ＳＴ２０３）。
　次に、プロセッサ２３が、ユーザ端末５の通信データサイズと接続先のローカルサービスサーバ３を設定する（ＳＴ２０４）。次に、プロセッサ２３が、ルーティングテーブルのメトリック（通信経路の優先順位）に基づいて、通信経路を選択する（ＳＴ２０５）。次に、プロセッサ２３が、選択した通信経路によるユーザ端末５の通信速度（ユーザ端末５から接続先のローカルサービスサーバ３までの通信速度）を計算する（ＳＴ２０６）。次に、プロセッサ２３が、別の通信経路によるユーザ端末５の通信速度を計算する（ＳＴ２０７）。次に、プロセッサ２３が、対象ネットワーク全体の通信速度と消費電力から電力効率を通信経路ごとに集計する（ＳＴ２０８）。
　次に、プロセッサ２３が、所定の終了条件を満足するか否かを判定する（ＳＴ２０９）。このとき、終了条件として、電力効率が最適な通信経路であるか否かを判定する。また、終了条件として、ユーザ端末５が対象ネットワーク外に移動したか否かを判定する。
　ここで、終了条件を満足する場合には（ＳＴ２０９でＹｅｓ）、通信経路ごとの通信速度の時間的な遷移状況を比較する（ＳＴ２１０）。一方、終了条件を満足しない場合には（ＳＴ２０９でＮｏ）、ＳＴ２０４に戻り、プロセッサ２３が、ユーザ端末５の通信データサイズと接続先のローカルサービスサーバ３を設定する処理をやり直す。
　なお、ユーザ端末５の交通状況を想定して事前に導出した最適な通信経路のパターンテーブルを作成しておき、交通状況の時間帯、天気、事故といった環境状況に応じて、通信経路を選択してもよい。これにより、上記のように通信経路を算出して電力効率を都度計算する場合に比べ、処理時間を短縮することができる。
　次に、バックホール回線の経路制御に用いられるルーティングテーブルについて説明する。図６は、ルーティングテーブルの要素を示す説明図である。
　ネットワーク制御サーバ４は、図６に示す登録内容のルーティングテーブル（経路表、経路情報）を作成して、バックホール回線の経路制御を行う。このルーティングテーブルは、各アクセスポイント２が保持する。
　このルーティングテーブルには、宛先ネットワーク、ネクストホップ、出力インタフェース、情報源、およびメトリックの各要素に関する情報が登録される。
　宛先ネットワークの要素は、ユーザ端末５にサービスを提供するローカルサービスサーバ３のネットワークアドレスおよびネットマスクの情報である。ネクストホップの要素は、宛先ネットワークに到達するために、次に隣接するどのアクセスポイント２にデータを転送すればよいのかを規定した情報である。出力インタフェースの要素は、自装置（アクセスポイント２）の出力インタフェースに関する情報であり、具体的には、ネクストホップのアクセスポイント２にデータを転送するためには、アクセスポイント２が自装置のどのインタフェースから出力すればよいのかを規定した情報である。なお、アクセスポイント２は、バックホール回線の経路構成を、アンテナやＬ２スイッチのポートのアップ／ダウンで設定変更してもよい。情報源の要素は、ルーティングテーブルに記載された情報の情報源に関する情報であり、具体的には、ネットワーク管理者により手動で設定されたものか、経路制御アルゴリズムによる計算結果かを明示する情報である。メトリックの要素は、同一の宛先ネットワークへの経路が複数存在する場合に、各経路に付与する優先順位に関する情報であり、具体的には、無線品質、ホップ数、パスコストに関する情報である。
　ここで、本実施形態では、バックホール回線の経路制御における候補経路選択において、まず、隣接するアクセスポイント２間の無線品質に基づいて候補経路を選択する制御方式を用いることができる。
　また、候補経路選択では、ユーザ端末５からローカルサービスサーバ３（宛先ネットワーク）までのホップ数を最小化する経路を候補経路として選択する制御方式、例えば、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）の技術を用いることができる。
　また、候補経路選択では、対象ネットワーク（バックホール回線）全体のパスコスト（リンクコストの総和）を最小化する経路を候補経路として選択する制御方式、例えば、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）の技術を用いることができる。
　この場合、第１に、隣接するアクセスポイント２間の無線リンクの可用帯域幅に基づく方式がある。例えばＯＳＰＦでは、帯域幅が大きいほどパスコストの値が小さくなるので、帯域幅が大きい経路が最適とみなされる。また、第２に、各アクセスポイント２のアクセス回線に接続するユーザ端末５の数に基づく方式がある。また、第３に、隣接するアクセスポイント２間の無線リンクを使用するユーザ端末５の数に基づく方式がある。また、第４に、隣接するアクセスポイント２間の無線リンクの使用時の可用帯域幅に基づく方式がある。
　なお、更新タイミングに関しては、静的な制御と、プロアクティブ型の制御（５－３０分～）と、リアクティブ型の制御（動的）とがある。また、第２から第４の方式は、ロードバランスを考慮してスループットを改善するものである。
　次に、対象ネットワーク（バックホール回線）におけるパスコストについて説明する。図７は、対象ネットワークの形態の一例を示す説明図である。
　ネットワーク制御サーバ４では、複数のアクセスポイント２で構成される対象ネットワーク（バックホール回線）に関して、隣接するアクセスポイント２間の無線リンクのパスコスト（リンクコスト）の総和を算出する。このパスコストの総和を最小化する通信経路が、最適経路の候補となる候補経路として選択される。また、通信経路は、全域木（全ての枝葉が連結し、かつ、閉路を含まない状態）として設定される。すなわち、パスコスト（リンクコスト）の総和が最小となる全域木が、候補経路として選択される。
　図７に示す例は、対象ネットワーク（バックホール回線）にアクセスポイント２が６基設置された場合である。
　特に、図７（Ａ－１），（Ａ－２），（Ａ－３）に示す例は、パスコストが、バックホール回線の伝送帯域の逆数として設定される場合である。この場合、例えば、ＷｉＧｉｇ（登録商標）でＭＣＳ１２（ＭＣＳインデックスが１２）の通信方式（最大通信速度：4,620Mbps）では、パスコストが１となり、ＭＣＳ８の通信方式（最大通信速度：2,310Mbps）では、パスコストが２となり、ＭＣＳ４の通信方式（最大通信速度：1,155Mbps）では、パスコストが４となる。
　一方、図７（Ｂ－１），（Ｂ－２），（Ｂ－３）に示す例は、アクセスポイント２のグループ化が行われる場合である。この場合、パスコストが、バックホール回線の伝送帯域の逆数として設定されると共に、グループ間の回線に関してパスコストがグループ内の回線に対する輻輳度合いの比にあたる２倍に設定される。この輻輳度合いの比は調整可能な値であり、パスコストが通信速度の逆数比であることにより導出される。よって輻輳区間が多いネットワークトポロジーの場合は、この輻輳度合いの比に基づいてパスコストを設定しなおしてもよい。このようにローカルサービスサーバ３への経路をグループ化して重み付けすると、グループ内での経路を選択しやすくなるため、スループット及び電力効率が改善される。
　また、パスコストが、ユーザ端末５が接続されたアクセスポイント２からローカルサービスサーバ３が接続されたアクセスポイント２までのホップ数として設定されてもよい。この場合、アクセスポイント２が６基の場合は、図７（Ｂ－２）に示す例と同様であり、アクセスポイント２が８基の場合は、図７（Ｂ－３）に示す例と同様である。このホップ数による設定も、グループ化をコストに反映しているため、スループット及び電力効率が改善される。
　また、アクセスポイント２のグループごとにパスコストが設定され、そのグループごとのパスコストが統合されることで、全域木として通信経路全体のパスコストが設定されてもよい。この場合、全域木が２つある場合として、図７（Ｂ－１），（Ｂ－２），（Ｂ－３）に示す例と同様である。
　次に、ネットワーク制御サーバ４の経路制御に用いられるパスコストの隣接行列について説明する。図８は、パスコストの隣接行列の一例を示す説明図である。
　ネットワーク制御サーバ４では、対象ネットワーク（バックホール回線）に関するパスコストを算出して、パスコストの総和を最小化する通信経路が、最適経路の候補となる候補経路として選択される。このとき、パスコストが、図８（Ｂ－１），（Ｂ－２）に示す隣接行列により表現される。この隣接行列は、＃ｍのアクセスポイント２と＃ｎのアクセスポイント２との間のＭＣＳ値を表す。
　図８（Ａ）に示す例は、対象ネットワーク（バックホール回線）にアクセスポイント２が６基設置された場合である。この場合、図８（Ｂ－１），（Ｂ－２）に示すように、６×６の隣接行列が用いられる。
　また、ここでは、パスコストが、対象ネットワーク（バックホール回線）の伝送帯域の逆数として設定される。また、例えば、ＷｉＧｉｇ（商標登録）でＭＣＳ１２（4,620Mbps）の場合にパスコストが１となり、ＭＣＳ８（2,310Mbps）の場合にパスコストが２となり、ＭＣＳ４の場合にパスコストが４となる。
　ここで、まず、＃ｍのアクセスポイント２と＃ｎのアクセスポイント２との距離から、ＷｉＧｉｇ（登録商標）の通信方式の場合のＭＣＳ値（回線速度比の逆数）が設定される。また、同一のアクセスポイント２同士の場合（ｍ＝ｎ）には、無線リンクが成り立たないため、ＭＣＳ値は「０」に設定される。
　また、図８（Ａ）に示す例では、＃２，＃５のアクセスポイント２（ＡＰ）にはそれぞれローカルサービスサーバ３（ＬＳＳ）が接続される。また、＃１，＃３，＃４，＃６のアクセスポイント２は対象ネットワーク（バックホール回線）の端に位置し、＃２，＃５のアクセスポイント２は対象ネットワークの中間に位置するものとして、回線数の上限が設定される。
　また、各アクセスポイント２（各行）の回線数を上限として、ＭＣＳ値が上位、具体的には、ＭＣＳ値が小さい方から２番目までの順位となる組み合わせを残し、他の組み合わせのＭＣＳ値が「０」に設定される。図８（Ｂ－１）に示す例では、ＭＣＳ値が「１．８」、「２」、「３．７」、「１２」となり、図８（Ｂ－２）に示す例では、ＭＣＳ値が下位の「３．７」、「１２」が「０」となる。
　このようにしてパスコストの隣接行列が設定されると、この隣接行列に基づいて、隣接するアクセスポイント２間の無線リンクのパスコスト（リンクコスト）の総和が、対象ネットワーク（バックホール回線）のパスコストとして算出される。
　次に、アクセスポイント２のグループ化について説明する。図９は、アクセスポイント２をグループ化するか否かによる違いを示す説明図である。図９（Ａ－１），（Ａ－２）は、対象ネットワークの形態の一例を示す。図９（Ｂ）は、データトラヒックの一例を示すグラフである。
　対象ネットワーク（バックホール回線）の経路制御では、アクセスポイント２がグループ化される。なお、本実施形態では、稼働させるアクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３が適宜に変化し、この稼働させるアクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の変化に応じてアクセスポイント２のグループが変化する。
　ここで、グループとは、１基のローカルサービスサーバ３にユーザ端末５を接続するための通信経路を構成する複数のアクセスポイント２、具体的には、ユーザ端末５が接続されるアクセスポイント２と、ローカルサービスサーバ３が接続されるアクセスポイント２と、その２つのアクセスポイント２間をマルチホップ通信で結ぶアクセスポイント２とで構成される。
　図９（Ａ－１），（Ａ－２）は、対象ネットワーク（バックホール回線）に６基のアクセスポイント２が設置された例である。６基のアクセスポイント２のうち２基のアクセスポイント２にはそれぞれローカルサービスサーバ３が接続されている。図９（Ａ－１）に示す例は、接続回線を優先した場合、具体的には、ＲＳＳＩ（受信信号強度：Received Signal Strength Indicator）に基づく経路制御の場合の通信経路の一例である。この場合、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３はグループ化されない。一方、図９（Ａ－２）に示す例は、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３がグループ化された場合の通信経路の一例である。
　図９（Ｂ）に示すグラフの横軸は、通信データサイズ、具体的には、ユーザ端末５からアクセスポイント２に送信されるデータサイズ（Mbps）である。また、グラフの縦軸は、対象ネットワーク（バックホール回線）全体のデータトラヒック（通信速度の合計値）（Mbps）である。このグラフでは、通信データサイズとデータトラヒックとの関係を表す直線の傾きが、通信の輻輳の影響により変化する。
　このグラフにより、アクセスポイント２をグループ化しない場合とアクセスポイント２をグループ化した場合とでデータトラヒックに２倍の差が現れることがわかる。
　次に、対象ネットワークの形態の一例（アクセスポイント２が６基の場合）について説明する。図１０は、データトラヒックおよび電力効率の一例を示すグラフである。
　本実施形態では、対象ネットワーク（バックホール回線）全体の電力効率を指標として経路制御が行われる。具体的には、ユーザ端末５が接続可能なアクセスポイント２の稼働数を所定数とした場合、例えば、設置された全てのアクセスポイント２を稼働させた場合に、ローカルサービスサーバ３の稼働数を変数として、ローカルサービスサーバ３の稼働数に応じた電力効率を比較する。そして、実際に使用される通信速度に応じて電力効率が最大となる数のローカルサービスサーバ３を稼働させる。
　図１０に示す例は、対象ネットワーク（バックホール回線）にアクセスポイント２が６基設置されている場合である。この場合、全てのアクセスポイント２を稼働させた場合に、ローカルサービスサーバ３の稼働数（設置数）を１基～６基とした場合の電力効率を比較する。
　図１０（Ａ）に示すグラフの横軸は、通信データサイズ、具体的には、ローカルサービスサーバ３に接続されたアクセスポイント２に向けてユーザ端末５から送信されるデータサイズ（Mbps）である。また、グラフの縦軸は、対象ネットワーク（バックホール回線）全体のデータトラヒック（通信速度の合計値）の平均値（Mbps）である。
　このグラフにより、ローカルサービスサーバ３の稼働数を増すことで、輻輳が減ることにより、対象ネットワーク全体のデータトラヒック（通信速度の合計値）も増加することがわかる。
　一方、図１０（Ｂ）に示すグラフの横軸は、図１０（Ａ）に示すグラフと同様に、通信データサイズ（Mbps）である。また、グラフの縦軸は、対象ネットワーク（バックホール回線）全体の電力効率（Mbit/Joule）である。
　このグラフにより、例えばローカルサービスサーバ３（ＬＳＳ）が１基の場合が最適となる範囲と、ローカルサービスサーバ３が２基の場合が最適となる範囲と、ローカルサービスサーバ３が３基の場合が最適となる範囲と、ローカルサービスサーバ３が６基の場合が最適となる範囲とがあり、通信データサイズに応じたローカルサービスサーバ３の稼働数の最適値がある。したがって、実際に使用される通信速度（通信データサイズ）に応じて、適切な数のローカルサービスサーバ３を稼働させる制御を行うことで、対象ネットワーク全体の電力効率を向上させることができる。
　また、輻輳の影響により、ローカルサービスサーバ３の稼働数をアクセスポイント２の稼働数の３分の１とした場合、具体的には、アクセスポイント２の稼働数が２基の場合に、電力効率を３３％向上させることができる。
　次に、対象ネットワークの形態の一例（アクセスポイント２が９基の場合）について説明する。図１１は、データトラヒックおよび電力効率の一例を示すグラフである。
　図１１に示す例は、対象ネットワーク（バックホール回線）にアクセスポイント２が９基設置されている場合である。この場合、全てのアクセスポイント２を稼働させた場合に、ローカルサービスサーバ３の稼働数（設置数）を１基～９基とした場合の電力効率を比較する。
　図１１（Ａ）に示すグラフの横軸および縦軸はそれぞれ、図１１（Ａ）に示す例と同様に、通信データサイズ（Mbps）、および対象ネットワーク（バックホール回線）全体のデータトラヒック（通信速度の合計値）の平均値（Mbps）である。
　このグラフにより、ローカルサービスサーバ３の稼働数を増すことで、輻輳が減ることにより、対象ネットワーク全体のデータトラヒック（通信速度の合計値）も増加することがわかる。
　一方、図１１（Ｂ）に示すグラフの横軸および縦軸はそれぞれ、図１０（Ｂ）に示す例と同様に、通信データサイズ（Mbps）、および対象ネットワーク（バックホール回線）全体の電力効率（Mbit/Joule）である。
　このグラフにより、例えばローカルサービスサーバ３（ＬＳＳ）が１基の場合が最適となる範囲と、ローカルサービスサーバ３が２基の場合が最適となる範囲と、ローカルサービスサーバ３が３基の場合が最適となる範囲と、ローカルサービスサーバ３が４基の場合が最適となる範囲と、ローカルサービスサーバ３が９基の場合が最適となる範囲とがあり、通信データサイズに応じたローカルサービスサーバ３の稼働数の最適値がある。したがって、実際に使用される通信速度（通信データサイズ）に応じて、適切な数のローカルサービスサーバ３を稼働させる制御を行うことで、対象ネットワーク全体の電力効率を向上させることができる。
　また、図１０に示す例、すなわち、アクセスポイント２の稼働数が６基の場合と同様に、輻輳の影響により、ローカルサービスサーバ３の稼働数をアクセスポイント２の稼働数の３分の１とした場合、具体的には、アクセスポイント２の稼働数が３基の場合に、対象ネットワーク全体の電力効率を３３％向上させることができる。
　次に、対象ネットワークの形態の一例（アクセスポイント２が９基から７基に減らされた場合）について説明する。図１２は、対象ネットワークの形態の一例を示す説明図である。図１３は、図１２に示した各形態に応じたデータトラヒックおよび電力効率の一例を示すグラフである。
　図１２に示す例は、対象ネットワーク（バックホール回線）にアクセスポイント２（ＡＰ）が９基設置されている場合である。また、図１２（Ａ）に示す例では、ローカルサービスサーバ３（ＬＳＳ）が２基稼働する場合である。図１２（Ｂ）に示す例は、ローカルサービスサーバ３が３基稼働する場合である。図１２（Ｃ）に示す例は、９基のアクセスポイント２に接続された全てのローカルサービスサーバ３が稼働する場合である。図１２（Ｄ），（Ｅ）に示す例はそれぞれ、図１２（Ａ），（Ｂ）に示す例よりアクセスポイント２の稼働数を２基減らして７基とした場合である。
　図１３（Ａ）に示すグラフの横軸および縦軸はそれぞれ、図１３（Ａ）に示す例と同様に、通信データサイズ（Mbps）、および対象ネットワーク（バックホール回線）全体のデータトラヒック（通信速度の合計値）の平均値（Mbps）である。
　このグラフにより、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の稼働数を減らすと、対象ネットワーク全体のデータトラヒック（通信速度の合計値）も減少することがわかる。
　一方、図１３（Ｂ）に示すグラフの横軸および縦軸はそれぞれ、図１３（Ｂ）に示す例と同様に、通信データサイズ（Mbps）、および対象ネットワーク（バックホール回線）全体の電力効率（Mbit/Joule）である。
　このグラフにより、例えばアクセスポイント２を７基、ローカルサービスサーバ３を２基とした場合が最適となる範囲と、アクセスポイント２を７基、ローカルサービスサーバ３を３基とした場合が最適となる範囲と、アクセスポイント２を９基、ローカルサービスサーバ３を３基とした場合が最適となる範囲と、アクセスポイント２を９基、ローカルサービスサーバ３を９基とした場合が最適となる範囲とがあり、通信データサイズに応じたアクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の稼働数の最適値がある。したがって、実際に使用される通信速度（通信データサイズ）に応じて、適切な数のアクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３を稼働させる制御を行うことで、対象ネットワーク全体の電力効率を向上させることができる。
　また、アクセスポイント２の稼働数を９基とし、ローカルサービスサーバ３の稼働数も９基とした最大構成の場合に比較して、アクセスポイント２の稼働数が７基で、ローカルサービスサーバ３の稼働数が３基の場合には、対象ネットワーク全体の電力効率を５０％向上させることができる。また、アクセスポイント２の稼働数が９基で、ローカルサービスサーバ３の稼働数が３基の場合には、最大構成の場合に比較して、対象ネットワーク全体の電力効率を３３％向上させることができる。
　このように本実施形態では、ネットワーク制御サーバ４が、対象ネットワーク（バックホール回線）の経路制御において、対象ネットワーク全体の電力効率が向上するように、ユーザ端末５とローカルサービスサーバ３とを結ぶ通信経路を制御すると同時に、既設のアクセスポイント２の起動停止を制御し、また、既設のローカルサービスサーバ３の起動停止を制御する。これにより、ユーザ端末５とローカルサービスサーバ３とを結ぶ通信経路を適切に選定して端末の通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減することができる。
　ところで、本実施形態では、無線ネットワークシステム１の運用時に、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の稼働状況を制御して、アクセスポイント２およびローカルサービスサーバ３の配置の最適化を図るものとした。一方、このような無線ネットワークシステム１の運用時の他に、無線ネットワークシステム１を構築する際に、ローカルサービスサーバ３の配置を最適化することもできる。すなわち、ローカルサービスサーバ３を設置する際に、ネットワーク全体の電力効率が最適となるように、ローカルサービスサーバ３の配置を設定することができる。この処理は、ネットワーク制御サーバ４で行われてもよいが、ネットワーク制御サーバ４とは別の適宜な情報処理装置で行われてもよい。
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記の実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
　本開示に係るネットワーク制御装置、ネットワーク制御システム、ネットワーク制御方法、及び無線ネットワークシステム構築方法は、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共に、ローカルサービスサーバを含む地産地消型のネットワークにおいて、ユーザ端末とローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を適切に選定して端末の通信速度を向上すると共に、システム全体の消費電力を削減する、つまり無線通信の電力効率を改善することができる効果を有し、ネットワークにおける通信経路を制御するネットワーク制御装置、ネットワーク制御システム、ネットワーク制御方法、及び無線ネットワークシステム構築方法などとして有用である。
１　無線ネットワークシステム（ネットワーク制御システム）
２　アクセスポイント（基地局）
３　ローカルサービスサーバ
４　ネットワーク制御サーバ（ネットワーク制御装置）
５　ユーザ端末
１１　コアネットワーク
１２　インターネット
２１　通信部
２２　メモリ
２３　プロセッサ

Claims (5)

  1. 　複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークにおいて、ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御する処理を実行するプロセッサを備えたネットワーク制御装置であって、
    　前記プロセッサは、
    　前記ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、
    　収集した情報に基づいて、前記ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路、前記基地局のグループ、既設の前記基地局のうちの稼働させる前記基地局、および既設の前記ローカルサービスサーバのうちの稼働させる前記ローカルサービスサーバを、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定し、
    　前記通信経路に関する経路情報と、前記基地局または前記ローカルサービスサーバの起動停止を指示する電力制御情報とを、前記基地局または前記ローカルサービスサーバまたはユーザ端末に通知することを特徴とするネットワーク制御装置。
  2. 　前記プロセッサは、
    　前記バックホール回線におけるトラヒックの状況に基づいて、前記対象ネットワーク全体の電力効率を求めることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク制御装置。
  3. 　請求項１に記載の前記ネットワーク制御装置、複数の前記基地局、及び１以上の前記ローカルサービスサーバを有するネットワーク制御システム。
  4. 　複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークにおいて、ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路を制御する処理をプロセッサにより実行するネットワーク制御方法であって、
    　前記プロセッサは、
    　前記ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、
    　収集した情報に基づいて、前記ユーザ端末と前記ローカルサービスサーバとを結ぶ通信経路、前記基地局のグループ、既設の前記基地局のうちの稼働させる前記基地局、および既設の前記ローカルサービスサーバのうちの稼働させる前記ローカルサービスサーバを、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定し、
    　前記通信経路に関する経路情報と、前記基地局または前記ローカルサービスサーバの起動停止を指示する電力制御情報とを、前記基地局または前記ローカルサービスサーバまたはユーザ端末に通知することを特徴とするネットワーク制御方法。
  5. 　複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線が構成されると共にローカルサービスサーバを含むネットワークシステムを構築する処理を情報処理装置により行う無線ネットワークシステム構築方法であって、
    　前記情報処理装置は、
    　ユーザ端末、前記基地局、および前記ローカルサービスサーバに関する情報を収集し、
    　収集した情報に基づいて、前記ローカルサービスサーバの配置を、対象ネットワーク全体の電力効率が最適となるように設定することを特徴とする無線ネットワークシステム構築方法。
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