WO2023042373A1 - 光通信装置及びスリープ制御方法 - Google Patents

Abstract

給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置のスリープ状態解除時における通信の成否の情報を含む通信ログに基づいて、受電光通信装置と無線通信を行う端末装置との間の通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号を生成する制御信号生成部と、生成されたスリープ解除信号を光信号に変換して受電光通信装置に送信する光通信部と、を備える光通信装置。　

Description

光通信装置及びスリープ制御方法

　本発明は、光通信装置及びスリープ制御方法に関する。

　従来、光給電により得られた電力をバッテリーに充電し、充電した電力を利用して動作する光通信装置が知られている。このような光通信装置は、使用可能電力が限られるため、信号の非伝送時にはスリープすることで消費電力を抑制することができる。しかしながら、ＬｏＲａＷＡＮ（Long Range Wide Area Network）（ＬｏＲａは登録商標）のｃｌａｓｓＡやｅｎｏｃｅａｎ等の多くのＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）規格では、前置きなく端末装置から信号が到来する（例えば、非特許文献１参照）。そのため、信号到来に合わせて光通信装置のスリープを解除することは困難である。

　そこで、従来のＬＰＷＡ通信を行う光通信装置は、電源駆動等による常時信号の待ち受けを行っている。しかしながら、光給電駆動等で電力が限られる光通信装置では常時稼働が出来ない。

"IoT事業拡大のためのLoRaWANの事業化"、NTT技術ジャーナル、［online］、［令和３年９月６日検索］、インターネット< https://journal.ntt.co.jp/article/5426>

　商用電源を使用せず、光給電等により得られた電力を光通信装置でバッテリー充電して省電力駆動しつつ、ＬＰＷＡ通信の上り信号を受信する方法として２つの方法が考えられる。１つ目の方法として、光通信装置の充電の残量等を参照して起動可能時のみ起動させる方法が挙げられる。１つ目の方法では、光通信装置の消費電力を削減することは可能であるが、信号到来によらず起動を行うため信号の受信成功率が低くなってしまう場合がある。

　２つ目の方法として、上り信号を送信する端末装置の送信周期等の先見情報を利用する方法が挙げられる。２つ目の方法では、光通信装置が、何らかの方法で先見情報として端末装置の送信周期の情報を取得しておき、送信周期の情報を端末送信周期テーブルとして格納しておく。その後、光通信装置は、端末送信周期テーブルを参照して、スリープ状態と起動状態とを遷移させることで端末装置から送信される信号の到来に合わせて起動する。２つ目の方法では、信号の受信成功率は高くなるが、先見情報を得ることが困難である。

　上記のように、従来では、上り信号を送信する端末装置と通信を行う光通信装置において省電力で、上り信号の受信成功率を向上させることができないという問題があった。

　上記事情に鑑み、本発明は、上り信号を送信する端末装置と通信を行う光通信装置において省電力で、上り信号の受信成功率を向上させることができる技術の提供を目的としている。

　本発明の一態様は、給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置のスリープ状態解除時における通信の成否の情報を含む通信ログに基づいて、前記受電光通信装置と無線通信を行う端末装置との間の通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号を生成する制御信号生成部と、生成された前記スリープ解除信号を光信号に変換して前記受電光通信装置に送信する光通信部と、を備える光通信装置である。

　本発明の一態様は、給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置のスリープ状態解除時における通信の成否の情報を含む通信ログに基づいて、前記受電光通信装置と無線通信を行う端末装置との間の通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号を生成し、生成された前記スリープ解除信号を光信号に変換して前記受電光通信装置に送信するスリープ制御方法である。

　本発明により、上り信号を送信する端末装置と通信を行う光通信装置において省電力で、上り信号の受信成功率を向上させることが可能となる。

実施形態における光給電システムの構成例を示す図である。 実施形態におけるＯＬＴの具体的な構成を示す図である。 実施形態におけるＯＮＵの具体的な構成を示す図である。 実施形態における通信ログの一例を示す図である。 実施形態における光給電システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 実施形態におけるＯＬＴが行うスリープ解除信号の生成処理の流れを示すフローチャートである。 学習済みモデルから得られた推定結果の一例を示す図である。 実施形態における推定結果と閾値との関係性を示す図である。

　以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　図１は、実施形態における光給電システム１００の構成例を示す図である。
　光給電システム１００は、ＯＬＴ１０と、ＯＮＵ２０とを備える。ＯＬＴ１０と、ＯＮＵ２０とは、光伝送路４０を介して接続される。ＯＬＴ１０と、ＯＮＵ２０とが光伝送路４０を介して接続されることにより、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０との間で通信が可能になる。例えば、ＯＬＴ１０と、ＯＮＵ２０とは、給電用回線及び通信用回線それぞれを介して接続される。

　給電用回線及び通信用回線は、物理的に同じファイバ内に設けられてもよいし、独立した別のファイバ内にそれぞれ設けられてもよい。すなわち、通信用の光信号と給電用の光信号で物理的に同じファイバを共用してもよいし、独立した別のファイバを使用してもよい。通信用の光信号と給電用の光信号で同じファイバを共用する場合、通信用の光と給電用の光は異なる周波数帯を使用して波長多重する方法などが考えられる。以下の説明では、通信用の光信号と給電用の光信号で独立した別のファイバを使用する構成を例に説明する。図１では、ＯＬＴ１０と、ＯＮＵ２０とは、ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｒ型のトポロジー構成をとる。以下、ＯＬＴ１０からＯＮＵ２０に向かう方向を下り方向、ＯＮＵ２０からＯＬＴ１０に向かう方向を上り方向とする。

　なお、図１では、ＯＮＵ２０を１台示しているが、光給電システム１００は複数のＯＮＵ２０を備えてもよい。光給電システム１００に複数台のＯＮＵ２０が備えられる場合、ＯＬＴ１０と、複数のＯＮＵ２０との間には、光スプリッタが備えられる。光スプリッタは、ＯＬＴ１０から送信された光信号を分岐して各ＯＮＵ２０に送信する。光スプリッタは、各ＯＮＵ２０から送信された光信号を多重してＯＬＴ１０に送信する。

　ＯＮＵ２０には、１台以上の無線端末３０（図１では、無線端末３０－１及び３０－２）が接続される。ＯＮＵ２０と各無線端末３０とは、ＬＰＷＡによる通信を行う。無線端末３０は、例えばセンサ等のＩｏＴ（Internet of Things）端末である。各無線端末３０は、事前設定した条件を満たした場合に信号の送信を行う。条件とは、例えば時間や曜日、データ蓄積量、端末に付属したセンサの駆動等である。すなわち、事前の設定によっては、無線端末３０－１と、無線端末３０－２とは、異なるタイミングで信号をＯＮＵ２０に送信する。

　ＯＬＴ１０は、ＯＮＵ２０が動作するための電力を供給する光通信装置である。ＯＬＴ１０は、ＯＮＵ２０を省電力で動作させるために、ＯＮＵ２０と無線端末３０との間の通信が成功すると推定されるタイミングでＯＮＵ２０のスリープを解除させる。例えば、ＯＬＴ１０は、通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号をＯＮＵ２０に送信する。スリープ解除信号は、ＯＮＵ２０が備える一部の機能部のスリープ状態を解除させるための信号である。

　ＯＬＴ１０では、通信が成功すると推定されるタイミングを推定するために、無線端末３０からの信号の到来タイミングを機械学習により学習する。ここで、学習とは、機械学習モデルで利用される係数を最適化することである。例えば、学習とは、機械学習モデルで利用される係数を、損失関数が最小となるように調整することである。機械学習モデルで利用される係数は、例えば重みの値やバイアスの値である。ＯＬＴ１０は、学習の初期段階（例えば、学習済みモデルの最初の生成段階）においては、ランダムな時刻にＯＮＵ２０のスリープ状態を解除し、スリープ解除時にＯＮＵ２０で得られた無線端末３０との間の通信ログを収集する。

　通信ログとは、スリープ解除時におけるＯＮＵ２０と無線端末３０との間の通信に関するログであり、例えばスリープ状態解除時の時刻情報（解除時刻情報）と、通信の成否の情報と、通信成功時の無線端末３０のＳＳＩＤ（Service Set Identifier）の情報である。通信の成否の情報としては、ＯＮＵ２０と無線端末３０との間の通信が成功したのか、失敗したのかを表す情報である。ＯＮＵ２０と無線端末３０との間の通信が成功したとは、ＯＮＵ２０が無線端末３０から送信された信号を受信したことを意味する。ＯＮＵ２０と無線端末３０との間の通信が失敗したとは、ＯＮＵ２０が無線端末３０から送信された信号を受信できなかったことを意味する。

　ＯＬＴ１０では、収集した通信ログを用いて、上記の機械学習によりどのタイミングでＯＮＵ２０のスリープを解除すれば通信成功確率が高くなるのかを学習し、通信が成功すると推定されるタイミングでＯＮＵ２０のスリープ状態を解除させる。なお、通信が成功すると推定されるタイミングは、無線端末３０から送信された信号が、ＯＮＵ２０に到来する確率が高いタイミングである。

　ＯＮＵ２０は、ＯＬＴ１０から給電される電力を電源として駆動する。ＯＮＵ２０は、省電力で動作するために、ＯＬＴ１０から指示されるタイミング以外はスリープ状態で動作する。例えば、ＯＮＵ２０は、ＯＬＴ１０送信されたスリープ解除信号に含まれる時刻情報で示される時刻にスリープ状態から動作可能な状態へ移行する。ＯＮＵ２０は、スリープ状態から動作可能な状態になった時点（スリープ状態解除時）における通信ログを記録し、記録した通信ログをＯＬＴ１０に送信する。

　図２は、実施形態におけるＯＬＴ１０の具体的な構成を示す図である。ＯＬＴ１０は、光給電部１１と、データ送受信部１２と、制御部１３と、ログ記憶部１４と、学習部１５と、学習済みモデル記憶部１６と、設定値記憶部１７と、制御信号生成部１８とを備える。

　光給電部１１は、内部に給電光を出射する光源を備えており、光源により給電光を生成して光伝送路４０に送出する。これにより、光給電部１１は、給電光をＯＮＵ２０に送信する。給電光としては、例えば一定電圧で時間的な変化がない光信号が用いられる。

　データ送受信部１２は、ＯＮＵ２０との間でデータの送受信を行う。データ送受信部１２は、例えば光トランシーバを備え、内部に特定の波長の光を出射する光源を備える。データ送受信部１２は、内部に備える光源が出射する光を制御信号生成部１８により生成されるスリープ解除信号の電気信号に基づいて変調することにより、送信データの光信号（以下「通信光」という。）に変換し、変換した通信光を光伝送路４０に送出する。

　データ送受信部１２は、さらに、内部にフォトディテクタ等のＯ／Ｅ（Optical/Electrical）変換器を備える。データ送受信部１２は、光伝送路４０を介して受信する通信ログの光信号を受信し、受信した通信ログの光信号をＯ／Ｅ変換器により電気信号に変換して制御部１３に出力する。

　制御部１３は、ＯＬＴ１０が備える各機能部の動作を制御する。例えば、制御部１３は、光給電部１１から給電光を出力させる。例えば、制御部１３は、スリープ解除信号を生成するように制御信号生成部１８を制御する。

　ログ記憶部１４には、ＯＮＵ２０から送信された通信ログが記憶される。ログ記憶部１４は、磁気記憶装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

　学習部１５は、ログ記憶部１４に記憶されている通信ログに基づいて、スリープ解除させるために推定したい期間に関する期間情報（以下「推定対象期間」という。）を入力として、入力された期間情報で示される各時刻におけるＯＮＵ２０の受信成功率の推定結果を出力するように学習された学習済みモデルを生成する。具体的には、学習部１５は、スリープ状態解除時の時刻情報を学習データとし、無線端末３０のＳＳＩＤと通信の成否の情報とを教師データとして用いて学習済みモデルを生成する。推定対象期間は、「現時刻から５秒先まで１秒間隔で推定」といった形で事前設定しておく。

　学習部１５で使用する学習アルゴリズムは、教師あり学習モデルであり、例えばニューラルネットワークや深層学習である。なお、学習アルゴリズムは、例えば、強化学習や古典的な機械学習法（線形回帰、ロジスティック回帰、サポートベクターマシン、決定木、ランダムフォレスト、単純ベイズ等）等であってもよい。

　学習済みモデル記憶部１６は、学習部１５により生成された学習済みモデルを記憶する。磁気記憶装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

　設定値記憶部１７には、制御信号生成部１８においてスリープ解除信号を生成する際に用いる閾値と、ＯＮＵ２０において一度のスリープ解除で消費する電力量の情報（以下「消費電力情報」という。）とが記憶される。設定値記憶部１７は、磁気記憶装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

　制御信号生成部１８は、通信ログに基づいて、ＯＮＵ２０と無線端末３０との間の通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号を生成する。より具体的には、制御信号生成部１８は、学習済みモデル記憶部１６に記憶されている学習済みモデルと、設定値記憶部１７に記憶されている閾値及び消費電力情報と、ＯＮＵ２０のバッテリー残量の情報と、推定対象期間とに基づいて、スリープ解除信号を生成する。

　図３は、実施形態におけるＯＮＵ２０の具体的な構成を示す図である。ＯＮＵ２０は、受光部２２と、蓄電部２３と、送受信部２４と、スリープ制御部２５と、通信制御部２６と、ログ記憶部２７と、ＬＰＷＡチップ２８と、アンテナ２９とを備える。なお、通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８は、使用されない場合にはスリープ状態となっている。

　受光部２２は、光給電部１１から送信された光信号を、光伝送路４０を介して受信し、受信した光信号を電気信号に変換して蓄電部２３に出力する。受光部２２は、例えばフォトディテクタ等のＯ／Ｅ変換器である。

　蓄電部２３は、内部にバッテリーを備える。蓄電部２３は、受光部２２から出力される電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する。蓄電部２３は、スリープ制御部２５からの指示に応じて、蓄電している電力を用いて発生させた電源電圧を通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８に対して供給する。これにより、通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８は、スリープ状態から動作可能な状態になる。

　送受信部２４は、ＯＬＴ１０との間でデータの送受信を行う。送受信部２４は、例えば光トランシーバを備え、内部に特定の波長の光を出射する光源を備える。送受信部２４は、内部に備える光源が出射する光を通信制御部２６から出力される通信ログの電気信号に基づいて変調することにより、通信光に変換し、変換した通信光を光伝送路４０に送出する。

　送受信部２４は、さらに、内部にフォトディテクタ等のＯ／Ｅ変換器を備える。送受信部２４は、光伝送路４０を介して受信するスリープ解除信号の光信号を受信し、受信したスリープ解除信号の光信号をＯ／Ｅ変換器により電気信号に変換してスリープ制御部２５に出力する。

　スリープ制御部２５は、送受信部２４により受信されたスリープ解除信号に応じて、スリープ状態の機能部を起動状態に制御する。具体的には、スリープ制御部２５は、スリープ解除信号に含まれる時刻になったタイミングで、スリープ状態の機能部を起動状態に制御する。

　通信制御部２６は、蓄電部２３から供給される電力で動作可能な機能部である。そのため、通信制御部２６は、蓄電部２３から電力の供給がなされていない場合にはスリープ状態となる。通信制御部２６は、蓄電部２３から電力の供給がなされた場合にはスリープ状態から起動状態となる。通信制御部２６は、送受信部２４で受信された信号と、アンテナ２９で受信されてＬＰＷＡチップ２８に入力された信号を処理する。

　例えば、通信制御部２６は、アンテナ２９で受信されてＬＰＷＡチップ２８に入力された信号に基づいて、通信ログを取得する。通信制御部２６は、取得した通信ログをログ記憶部２７に記憶させる。例えば、通信制御部２６は、ログ記憶部２７に記憶されている通信ログを、送受信部２４を介して、ＯＬＴ１０に送信する。

　ログ記憶部２７は、通信制御部２６により取得された通信ログが記憶される。ログ記憶部２７は、磁気記憶装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

　ＬＰＷＡチップ２８は、蓄電部２３から供給される電力で動作可能な機能部である。そのため、ＬＰＷＡチップ２８は、蓄電部２３から電力の供給がなされていない場合にはスリープ状態となる。ＬＰＷＡチップ２８は、蓄電部２３から電力の供給がなされた場合にはスリープ状態から起動状態となる。ＬＰＷＡチップ２８は、アンテナ２９を介してＬＰＷＮにより無線端末３０との間で通信を行う。

　次に、図４を用いて、学習部１５による学習について一例について説明する。前提として、図４に示す通信ログがログ記憶部１４に記憶されているものとする。図４は、実施形態における通信ログの一例を示す図である。図４には、通信ログとして、スリープ解除時刻と、受信成否と、ＳＳＩＤの各値が対応付けて登録されている。スリープ解除時刻は、ＯＮＵ２０がスリープ状態を解除した時刻を表す。受信成否は、ＯＮＵ２０のスリープ状態が解除された状態（動作可能な状態）において受信が成功したか否かを表す。ＳＳＩＤの値は、無線端末３０が接続しているネットワークの識別名を表す。なお、通信が失敗した場合には、ＯＮＵ２０はＳＳＩＤの情報が得られない。そこで、通信が失敗した場合には、通信の失敗を意味する予め設定された値（図４では、Ｙ０）が、通信成功時の無線端末３０のＳＳＩＤの代わりに用いられる。

　図４には、０時０分０秒においては通信が成功したことが表されており、取得したＳＳＩＤがＹ１であることが示されている。一方で、０時０分１秒においては通信が失敗したことが表されており、ＳＳＩＤが取得できなかったためＹ０の値が設定されていることが示されている。学習部１５は、図４に示す通信ログを用いて、例えばＸ１の時刻ではＹ１のＳＳＩＤからのデータの受信に成功していたこと、Ｘ２の時刻ではデータの受信に失敗していたこと等の学習データと教師データの対応関係を学習する。

　図５は、実施形態における光給電システム１００の処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図５では、初期段階における学習済みモデルの生成の流れについて説明する。なお、図５の処理開始時点では、ＯＬＴ１０には学習済みモデルが記憶されていないものとする。

　ＯＮＵ２０の通信制御部２６は、カウンタｍ、ｎに初期値“０”を代入する（ステップＳ１０１）。ここで、カウンタｍ、ｎは、ログ記憶部２７に記憶された通信ログの数を表す。例えば、カウンタｍは、通信が成功したことを表す通信ログ（受信成否が“成功”）の数を表し、カウンタｎは、通信が失敗したことを表す通信ログ（受信成否が“失敗”）の数を表す。

　制御部１３は、制御信号生成部１８に対してスリープ解除信号の生成を指示する。初期段階であるため、例えば制御部１３はランダムにスリープ解除を行わせるように制御信号生成部１８に指示する。制御信号生成部１８は、制御部１３の指示に従って、スリープ解除信号を生成する（ステップＳ１０２）。例えば、制御信号生成部１８は、現時点の時刻から先の時刻のうち、ランダムに選択された複数の時刻の情報を含むスリープ解除信号を生成する。制御信号生成部１８は、生成したスリープ解除信号をデータ送受信部１２に出力する。

　データ送受信部１２は、制御信号生成部１８から出力されたスリープ解除信号を用いて、光信号に変換して、光伝送路４０を介して光信号をＯＮＵ２０に送信する。
　ＯＮＵ２０の送受信部２４は、ＯＬＴ１０から送信された光信号を受信する。送受信部２４は、受信した光信号を電気信号のスリープ解除信号に変換する。送受信部２４は、スリープ解除信号をスリープ制御部２５に出力する。スリープ制御部２５は、スリープ解除信号に含まれる時刻になると、蓄電部２３を制御して通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８のスリープ状態を解除する（ステップＳ１０４）。

　通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８のスリープ状態が解除されると、ＯＮＵ２０と無線端末３０との無線通信が可能になる。通信制御部２６は、スリープ解除における無線信号の受信成否に応じた結果をログ記憶部２７に保存する（ステップＳ１０５）。例えば、スリープ状態が解除された時点で、無線端末３０から送信された信号がアンテナ２９を介して受信された場合には、通信制御部２６は受信された信号から無線端末３０のＳＳＩＤを取得し、取得したＳＳＩＤと、スリープ解除の時刻と、無線信号の受信が成功したことを示す情報とを対応付けてログ記憶部２７に追加の通信ログとして保存する。この際、通信制御部２６は、カウンタｍの値に１を加算する。

　一方で、スリープ状態が解除された時点で、無線端末３０から送信された信号がアンテナ２９を介して受信されていない場合には、通信制御部２６はスリープ解除の時刻と、無線信号の受信が失敗したことを示す情報と、通信が失敗したことを意味する値とを対応付けてログ記憶部２７に追加の通信ログとして保存する。この際、通信制御部２６は、カウンタｎの値に１を加算する。

　その後、通信制御部２６は、通信ログの送信条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。通信ログの送信条件は、カウンタｍ及びカウンタｎの値が所定の数（例えば、ｍ≧Ｔｍ、ｎ≧Ｔｎ）以上であることである。なお、通信ログの送信条件は、通信が成功したことを表す通信ログと、通信が失敗したことを表す通信ログが一定量以上たまったことを契機に満たされる条件であればどのような条件であってもよい。Ｔｍ及びＴｎは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

　通信ログの送信条件が満たされていない場合（ステップＳ１０６－ＮＯ）、スリープ制御部２５は現時点の時刻がスリープ解除信号に含まれる時刻であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。現時点の時刻がスリープ解除信号に含まれる時刻である場合（ステップＳ１０７－ＹＥＳ）、ＯＮＵ２０はステップＳ１０５の処理を実行する。

　一方、現時点の時刻がスリープ解除信号に含まれる時刻ではない場合（ステップＳ１０７－ＮＯ）、スリープ制御部２５は、蓄電部２３を制御して通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８をスリープ状態に移行させる（ステップＳ１０８）。通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８がスリープ状態に移行すると、スリープ制御部２５はスリープ解除信号に含まれる時刻になるまで待機する。そして、スリープ制御部２５は、スリープ解除信号に含まれる時刻になると、蓄電部２３を制御して通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８のスリープ状態を解除する（ステップＳ１０４）。その後、ステップＳ１０５以降の処理が実行される。

　ステップＳ１０６の処理において、通信ログの送信条件が満たされた場合（ステップＳ１０６－ＹＥＳ）、通信制御部２６はログ記憶部２７に記憶されている全ての通信ログを取得する。通信制御部２６は、取得した全ての通信ログを送受信部２４に出力する。なお、通信制御部２６は、取得した通信ログに関しては、ログ記憶部２７から削除してもよい。送受信部２４は、通信制御部２６から出力された複数の通信ログを用いて、光信号に変換して、光伝送路４０を介して光信号をＯＬＴ１０に送信する（ステップＳ１１０）。その後、スリープ制御部２５は、蓄電部２３を制御して通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８をスリープ状態に移行させる（ステップＳ１１１）。

　ＯＬＴ１０のデータ送受信部１２は、ＯＮＵ２０から送信された光信号を受信する（ステップＳ１１２）。データ送受信部１２は、受信した光信号を電気信号の通信ログに変換する。データ送受信部１２は、通信ログを制御部１３に出力する。制御部１３は、データ送受信部１２により受信された通信ログをログ記憶部１４に保存する（ステップＳ１１３）。学習部１５は、ログ記憶部１４に保存された通信ログを用いて、学習を行うことにより学習済みモデルを生成する（ステップＳ１１４）。学習部１５は、生成した学習済みモデルを学習済みモデル記憶部１６に記憶させる。

　制御信号生成部１８は、学習済みモデル記憶部１６に記憶されている学習済みモデルに基づいてスリープ解除信号を生成する（ステップＳ１１５）。学習済みモデルに基づいてスリープ解除信号を生成する処理については後述する。制御信号生成部１８は、生成したスリープ解除信号をデータ送受信部１２に出力する。データ送受信部１２は、制御信号生成部１８から出力されたスリープ解除信号を用いて、光信号に変換して、光伝送路４０を介して光信号をＯＮＵ２０に送信する（ステップＳ１１６）。その後、ＯＬＴ１０は、ＯＮＵ２０から通信ログを受信する度に学習を行うことによって学習済みモデルを更新する。学習済みモデルを更新するとは、機械学習モデルで利用される係数を、損失関数が最小となるように再度調整することを意味する。

　ＯＮＵ２０のスリープ制御部２５は、スリープ解除信号が受信されたか否かを判定する（ステップＳ１１７）。スリープ解除信号が受信されていない場合（ステップＳ１１７－ＮＯ）、ＯＮＵ２０はスリープ解除信号が受信されるまでスリープ状態で待機する。一方、スリープ解除信号が受信された場合（ステップＳ１１７－ＹＥＳ）、スリープ制御部２５は、スリープ解除信号に含まれる時刻になると、蓄電部２３を制御して通信制御部２６及びＬＰＷＡチップ２８のスリープ状態を解除する（ステップＳ１０４）。その後、ＯＮＵ２０は、ステップＳ１０５以降の処理を実行する。

　図６は、実施形態におけるＯＬＴ１０が行うスリープ解除信号の生成処理の流れを示すフローチャートである。図６の処理開始時には、学習済みモデル記憶部１６に学習済みモデルが記憶されているものとする。
　制御信号生成部１８は、推定対象期間の入力を受け付ける（ステップＳ２０１）。推定対象期間の情報は、ユーザがＯＬＴ１０又は外部の装置を操作してＯＬＴ１０に入力すればよい。例えば、推定対象期間として現時点が“０時０分３秒”であり、「現時刻から５秒先まで１秒間隔で推定」の情報が入力されたとする。

　制御信号生成部１８は、学習済みモデル記憶部１６に記憶されている学習済みモデルに対して、推定対象期間を入力して推定結果を取得する。上記の推定対象期間が学習済みモデルに入力された場合、“０時０分４秒”、“０時０分５秒”、“０時０分６秒”、“０時０分７秒”及び“０時０分８秒”毎の推定結果が得られることになる。図７は、学習済みモデルから得られた推定結果の一例を示す図である。

　図７には、推定対象期間“０時０分４秒”の推定結果が“成功率７０％”、“０時０分５秒”の推定結果が“成功率５％”、“０時０分６秒”の推定結果が“成功率２３％”、“０時０分７秒”の推定結果が“成功率９０％”及び“０時０分８秒”の推定結果が“成功率５％”であることが示されている。

　次に、制御信号生成部１８は、ＯＮＵ２０のバッテリー残量と、設定値記憶部１７に記憶されている消費電力情報とに基づいて、ＯＮＵ２０がスリープ解除可能回数Ｎ_awakeを算出する（ステップＳ２０３）。例えば、消費電力情報で示される消費電力が５０ｍＡｈであり、バッテリー残量が１１０ｍＡｈの場合にはスリープ解除可能回数Ｎ_awakeが２回となる。

　次に、制御信号生成部１８は、学習済みモデルにより得られた推定結果を参照し、成功率が設定値記憶部１７に記憶されている閾値を超えている推定結果（以下「成功推定結果」という。）の個数Ｎ_Ａを計算する。ここで、閾値が６０％であり、図７に示す結果が得られている場合には、図８に示すように成功推定結果の個数Ｎ_Ａが２となる。図８は、実施形態における推定結果と閾値との関係性を示す図である。

　次に、制御信号生成部１８は、スリープ解除可能回数Ｎ_awakeと、成功推定結果の個数Ｎ_Ａとを比較する（ステップＳ２０４）。スリープ解除可能回数Ｎ_awakeが成功推定結果の個数Ｎ_Ａ以下である場合（ステップＳ２０４－Ｎ_awake≦Ｎ_Ａ）、制御信号生成部１８は受信成功率が高い順にスリープ解除可能回数Ｎ_awake個（例えば、２回）の推定結果に対応付けられている時刻を選択する（ステップＳ２０５）。図８に示す結果の場合、制御信号生成部１８は、推定結果“７０％”と“９０％”に対応付けられている推定対象期間“０時０分４秒”と“０時０分７秒”とが選択する。

　制御信号生成部１８は、選択した時刻を含むスリープ解除信号を生成する（ステップＳ２０６）。制御信号生成部１８は、生成したスリープ解除信号をデータ送受信部１２に出力する。データ送受信部１２は、制御信号生成部１８から出力されたスリープ解除信号を用いて、光信号に変換して、光伝送路４０を介して光信号をＯＮＵ２０に送信する（ステップＳ２０７）。

　ステップＳ２０４の処理において、スリープ解除可能回数Ｎ_awakeが成功推定結果の個数Ｎ_Ａより大きい（ステップＳ２０４－Ｎ_awake＞Ｎ_Ａ）、制御信号生成部１８は成功推定結果の数がＮ_Ａ個（例えば、２回）の推定結果に対応付けられている時刻を選択する（ステップＳ２０８）。なお、成功率が閾値以上である時刻が成功推定結果の数がＮ_Ａ個であるが、ＯＮＵ２０ではスリープ解除可能回数と成功推定結果の個数Ｎ_Ａとの差分（「Ｎ_awake-Ｎ_Ａ」回）だけスリープを解除することができる。そこで、制御信号生成部１８は、「Ｎ_awake-Ｎ_Ａ」個の時刻をランダムに選択する（ステップＳ２０９）。この際、制御信号生成部１８は、推定結果が得られていない時刻（例えば、図７の例では“０時０分８秒”より後の時刻）を選択してもよいし、推定結果が得られている時刻からランダムに選択してもよい。

　制御信号生成部１８は、ステップＳ２０８及びＳ２０９の処理で選択した時刻を含むスリープ解除信号を生成する（ステップＳ２１０）。制御信号生成部１８は、生成したスリープ解除信号をデータ送受信部１２に出力する。データ送受信部１２は、制御信号生成部１８から出力されたスリープ解除信号を用いて、光信号に変換して、光伝送路４０を介して光信号をＯＮＵ２０に送信する（ステップＳ２１１）。

　なお、図６の処理においてＯＮＵ２０のスリープ解除がなされた場合、ＯＬＴ１０は、通信ログの送信条件が満たされればＯＮＵ２０から通信ログを取得することができる。この場合、ＯＬＴ１０のログ記憶部１４には、新たに通信ログが保存される。そこで、学習部１５は、新たに得られた通信ログを用いて学習済みモデルを再度学習するように構成されてもよい。このように構成されることで、学習済みモデルの出力（推定結果）の精度を高めることが可能になる。

　ステップＳ２０８及びＳ２０９の処理について一例として、スリープ解除可能回数Ｎ_awakeが５、図８に示すように成功推定結果の個数Ｎ_Ａが２である場合を例に説明する。この場合、成功推定結果の個数Ｎ_Ａとして選ばれた時刻である“０時０分４秒”と“０時０分７秒”を含むスリープ解除信号をＯＮＵ２０に通知したとしても、スリープ解除可能回数Ｎ_awake＝５であるため、ＯＮＵ２０は更に３回のスリープ解除が可能である。そこで、ＯＮＵ２０では、ランダムに適当な時刻を追加で３個選択して、このランダムに選択した３個の時刻と、成功推定結果の個数Ｎ_Ａとして選ばれた２個の時刻を含めたスリープ解除信号をＯＮＵ２０に通知する。その結果、ＯＮＵ２０は、推定した成功率の高い２個の時刻(“０時０分４秒”と“０時０分７秒”)と、適当に選ばれた３個の時刻にてスリープ解除を行うことになる。

　上記のように、ランダムに選択された時刻を混ぜ込む理由としては、未知の時刻における学習データを収集して、学習済みモデルをより賢くするためである。閾値を設けずに成功率の推定値が高い順に上位の成功推定結果の個数Ｎ_Ａ個の時刻でスリープ解除をしてしまうと、学習部１５による学習が上手くいっていない場合に、学習済みモデルでは偏った不正確な推定結果を出力することになる。そのような学習済みモデルを元に得られた推定結果に基づいて、ＯＬＴ１０がスリープ解除指示をＯＮＵ２０に送信すると受信が失敗する可能性が高くなってしまう。

　これに対して、ランダムな時刻におけるスリープ解除を混ぜ込むことで、スリープ解除の試行データの多様性が上がり、「受信成功」の教師データが生まれる確率が上がることで学習が進みやすくなることが期待される。

　以上のように構成された光給電システム１００によれば、ＯＮＵ２０のスリープ状態解除時における通信の成否の情報を含む通信ログに基づいて、ＯＮＵ２０と無線端末３０との間の通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号を生成する制御信号生成部１８と、生成されたスリープ解除信号を光信号に変換してＯＮＵ２０に送信するデータ送受信部１２とを備える。これにより、ＯＮＵ２０では、無線端末３０との間の通信が成功すると推定される時刻にスリープ解除することができる。さらに、無線端末３０との通信がなされない場合には、スリープ状態にさせることができる。そのため、上り信号を送信する端末装置と通信を行う光通信装置において省電力で、上り信号の受信成功率を向上させることが可能になる。

　さらに、制御信号生成部１８は、推定対象期間を入力として、入力された推定対象期間で示される各時刻における無線端末３０の受信成功率の推定結果を出力するように学習された学習済みモデルを用いて１個以上の推定結果を取得し、取得した１個以上の推定結果に基づいて１個以上の時刻情報を取得する。このように、事前に学習された学習済みモデルを用いることで、容易に受信成功率の推定結果を得ることができる。そして、得られた受信成功率の推定結果に基づいて、ＯＮＵ２０のスリープを解除させるための時刻を選択することができる。そのため、受信成功率が高いタイミングで、ＯＮＵ２０のスリープを解除させることができる。そのため、上り信号を送信する端末装置と通信を行う光通信装置において省電力で、上り信号の受信成功率を向上させることが可能になる。

　以下、変形例について説明する。
　上述した実施形態では、ＯＬＴ１０が学習部１５を備えて学習済みモデルを生成する構成を示した。学習部１５は、他の装置に実装され、ＯＬＴ１０は他の装置で生成された学習済みモデルを用いて、上述した処理を実行するように構成されてもよい。このように構成される場合、ＯＬＴ１０は、通信ログを他の装置に送信し、他の装置から学習済みモデルのデータを受信する。

　図６において、スリープ解除可能回数Ｎ_awakeが成功推定結果の個数Ｎ_Ａ以下である場合においても、スリープ解除時刻の多様性を上げて学習の進みを早める目的で、ランダムな時刻におけるスリープ解除をスリープ解除信号に混ぜ込んでも良い。一例として、スリープ解除可能回数Ｎ_awakeが３回で、成功推定結果の個数Ｎ_Ａが３個あった場合、制御信号生成部１８は３個の推定結果に対応付けられている時刻全てを選択するのではなく１個減らした２個の推定結果に対応付けられている時刻（例えば、成功率が高い順）を選択して、代わりにランダムな時刻を１個選択して、これらを合わせた計３個の時刻を含めてスリープ解除信号を生成してもよい。

　上述した実施形態におけるＯＬＴ１０、ＯＮＵ２０が備える一部の機能部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

　本発明は、光給電を行う光通信システムに適用できる。

１０…ＯＬＴ，　２０…ＯＮＵ（受電光通信装置），　３０、３０－１、３０－２…無線端末，　１１…光給電部，　１２…データ送受信部，　１３…制御部，　１４…ログ記憶部，　１５…学習部，　１６…学習済みモデル記憶部，　１７…設定値記憶部，　１８…制御信号生成部，　２２…受光部，　２３…蓄電部，　２４…送受信部，　２５…スリープ制御部，　２６…通信制御部，　２７…ログ記憶部，　２８…ＬＰＷＡチップ，　２９…アンテナ

Claims (8)

1. 　給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置のスリープ状態解除時における通信の成否の情報を含む通信ログに基づいて、前記受電光通信装置と無線通信を行う端末装置との間の通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号を生成する制御信号生成部と、
   　生成された前記スリープ解除信号を光信号に変換して前記受電光通信装置に送信する光通信部と、
   　を備える光通信装置。
2. 　前記制御信号生成部は、スリープ解除させるために推定したい期間に関する期間情報を入力として、入力された前記期間情報で示される各時刻における前記受電光通信装置の受信成功率の推定結果を出力するように学習された学習済みモデルを用いて１個以上の推定結果を取得し、取得した前記１個以上の推定結果に基づいて前記１個以上の時刻情報を取得する、
   　請求項１に記載の光通信装置。
3. 　前記制御信号生成部は、取得した前記１個以上の推定結果の中から、前記受信成功率が閾値以上となる成功推定結果を特定し、特定した成功推定結果に対応付けられた時刻の情報を少なくとも１つ含めて前記スリープ解除信号を生成する、
   　請求項２に記載の光通信装置。
4. 　前記制御信号生成部は、前記受電光通信装置の残りの電力を表す電力情報と、スリープ解除で消費される電力の情報とに基づいて、前記受電光通信装置においてスリープ解除可能な回数を表す解除可能回数を算出し、算出した前記解除可能回数と、前記成功推定結果とを比較し、比較結果に応じて前記スリープ解除信号に含める前記１個以上の時刻情報を決定する、
   　請求項３に記載の光通信装置。
5. 　前記制御信号生成部は、
   　前記解除可能回数が、前記成功推定結果の数以下である場合、
   　前記受信成功率が高い順に前記解除可能回数の数分の前記成功推定結果を選択し、選択した前記成功推定結果に対応付けられた時刻の情報を含めて前記スリープ解除信号を生成、
   　又は、
   　前記受信成功率が高い順に前記解除可能回数の数未満の前記成功推定結果を選択し、選択した前記成功推定結果に対応付けられた時刻の情報と、ランダムに選ばれた時刻の情報とを含めて前記スリープ解除信号を生成する、
   　請求項４に記載の光通信装置。
6. 　前記制御信号生成部は、
   　前記解除可能回数が、前記成功推定結果の数より大きい場合、
   　前記解除可能回数と前記成功推定結果の数との差の分だけ新たな時刻の情報をランダムに決定し、決定した前記新たな時刻の情報と、前記成功推定結果に対応付けられた時刻の情報とを含めて前記スリープ解除信号を生成する、
   　請求項４に記載の光通信装置。
7. 　前記通信ログには、前記受電光通信装置においてスリープ状態を解除した解除時刻情報と、前記端末装置が接続しているネットワーク名とが含まれ、
   　前記解除時刻情報を学習データとし、前記ネットワーク名と前記通信の成否の情報とを教師データとして用いて、前記学習済みモデルを生成する学習部をさらに備える、
   　請求項１から６のいずれか一項に記載の光通信装置。
8. 　給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置のスリープ状態解除時における通信の成否の情報を含む通信ログに基づいて、前記受電光通信装置と無線通信を行う端末装置との間の通信が成功すると推定される１個以上の時刻情報を含むスリープ解除信号を生成し、
   　生成された前記スリープ解除信号を光信号に変換して前記受電光通信装置に送信するスリープ制御方法。

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