WO2024069799A1 - 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成するために、情報処理装置（１）は、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成部（１２）を備える。

Description

情報処理装置、情報処理方法及びプログラム

　通信波に周波数領域を割り当てるための技術に関する。

　複数の地上の拠点同士で衛星通信を行うためは、通信波の管理（登録、削除、成立可否、等）が必要である。従来、通信波に対する周波数領域の割当は人手で行われていたが、干渉を恐れて必要以上に周波数の間隔をあけて割り当てられることが多く、より効率的な割当を行うことが求められている。特許文献１には、ユーザ装置に複数のリソースブロックを割り当てる際、周波数方向に離間したリソースブロックを割り当てること、及び、複数の割当パターンの各々について、修正後のメトリックの総和が計算され、最も大きな総和をもたらす割当パターンを採用することが記載されている。また、特許文献２には、地上－衛星周波数共用通信システムに対してその電波干渉量を精度よく評価し、システムにおける最大通信回線数を求める技術が記載されている。また、特許文献３には、最適化計算に用いる目的関数の説明変数の重みを逆強化学習の手法により決定することが記載されている。

国際公開第２０１０／１０１１１１号 日本国特開２０１１－１０９４６７号公報 国際公開第２０２１／１３０９１６号

　しかしながら、特許文献２に記載の技術においては、システムにおける最大通信回線数を求めることができるものの、効率のよい周波数の割当を行うことはできなかった。また、特許文献１に記載の技術においては、ユーザ装置に複数のリソースブロックを割り当てることができるものの、周波数をより効率よく活用可能な割当を行うという観点において改善の余地がある。

　本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成する技術を提供することを目的とする。

　本発明の一側面に係る情報処理装置は、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成手段を備える。

　また、本発明の一側面に係る情報処理装置は、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定手段、を備える。

　また、本発明の一側面に係る情報処理方法は、少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成することを含む。

　また、本発明の一側面に係る情報処理方法は、少なくとも１つのプロセッサが、少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定することを含む。

　また、本発明の一側面に係るプログラムは、コンピュータに、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成処理を実行させる。

　また、本発明の一側面に係るプログラムは、コンピュータに、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定処理を実行させる。

　本発明の一態様によれば、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成することができる。

例示的実施形態１に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。 例示的実施形態１に係る情報処理方法の流れを示すフロー図である。 例示的実施形態１に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。 例示的実施形態１に係る情報処理方法の流れを示すフロー図である。 例示的実施形態２に係る通信波への周波数の割当の概要を示す図である。 例示的実施形態２に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。 例示的実施形態２に係る割当計画の生成方法を説明するための図である。 例示的実施形態２に係る情報処理装置が出力する割当計画の表示画面例を示す図である。 各例示的実施形態に係る情報処理装置として機能するコンピュータの構成を示すブロック図である。

　〔例示的実施形態１〕
　本発明の第１の例示的実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本例示的実施形態は、後述する例示的実施形態の基本となる形態である。

　（情報処理装置の構成）
　本例示的実施形態に係る情報処理装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、情報処理装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、情報処理装置１は、生成部１２（生成手段）を備える。

　生成部１２は、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、上記複数の通信波の各々と上記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、上記複数の通信波の各々に上記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する。

　以上のように、本例示的実施形態に係る情報処理装置１は、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成部１２を備える。このため、本例示的実施形態に係る情報処理装置１によれば、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成できるという効果が得られる。

　（情報処理プログラム）
　上述の情報処理装置１の機能は、プログラムによって実現することもできる。本例示的実施形態に係る情報処理プログラムは、コンピュータに、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成処理を実行させる。この情報処理プログラムによれば、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成できる。

　（情報処理方法の流れ）
　本例示的実施形態に係る情報処理方法の流れについて、図２を参照して説明する。図２は、情報処理方法の流れを示すフロー図である。なお、この情報処理方法における各ステップの実行主体は、情報処理装置１が備えるプロセッサであってもよいし、他の装置が備えるプロセッサであってもよい。

　Ｓ１１では、少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、上記複数の通信波の各々と上記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、上記複数の通信波の各々に上記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する。

　以上のように、本例示的実施形態に係る情報処理方法は、少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成することを含む。このため、本例示的実施形態に係る情報処理方法によれば、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成できるという効果が得られる。

　（情報処理装置の構成）
　また、本例示的実施形態に係る情報処理装置２の構成について、図３を参照して説明する。図３は、情報処理装置２の構成を示すブロック図である。図３に示すように、情報処理装置２は、決定部２１（決定手段）を備える。

　決定部２１は、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、上記複数の通信波の各々と上記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、上記複数の通信波の各々に上記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する。

　以上のように、本例示的実施形態に係る情報処理装置２は、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、上記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、上記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定部２１を備える。このため、本例示的実施形態に係る情報処理装置２によれば、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成できるという効果が得られる。

　（情報処理プログラム）
　上述の情報処理装置２の機能は、プログラムによって実現することもできる。本例示的実施形態に係る情報処理プログラムは、コンピュータに、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定処理を実行させる。この情報処理プログラムによれば、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成できるという効果が得られる。

　（情報処理方法の流れ）
　本例示的実施形態に係る情報処理方法の流れについて、図４を参照して説明する。図４は、情報処理方法の流れを示すフロー図である。なお、この情報処理方法における各ステップの実行主体は、情報処理装置２が備えるプロセッサであってもよいし、他の装置が備えるプロセッサであってもよい。

　Ｓ２１では、少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する。

　以上のように、本例示的実施形態に係る情報処理方法は、少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定することを含む。このため、本例示的実施形態に係る情報処理方法によれば、利用可能な周波数領域をより効率よく活用可能な通信波の割当計画を生成できるという効果が得られる。

　〔例示的実施形態２〕
　＜割当計画の生成方法の概要＞
　本発明の例示的実施形態２について説明する。本例示的実施形態では、複数の通信波に周波数領域をどのように割り当てるかを示す割当計画を生成する。ここで、複数の通信波は、複数の地上の拠点同士が衛星通信を行うための通信波である。通信波には、例えばＦＤＭＡ（Frequency-Division Multiple Access）、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）等の異なる通信方式の通信波が含まれる。

　衛星通信を行うためには、送信側の拠点からある周波数上に電波（通信波）を出力し、受信側の拠点がその通信波を正しく受信できることにより、通信が成立する。この「正しく受信できること」とは、受信側の拠点がノイズに埋もれることなく、送信側の出した通信波をアンテナで受信することが必要である。そのため、送信側の拠点がある一定の余力を上乗せしたパワー（電力値）で送信するよう予め計算する必要がある。また、送信側の拠点が送信する通信波の電力値は、通信速度によって異なり、速度が上がれば電力や必要な周波数の幅も増える可能性がある。

　拠点同士が通信するために、上述したような条件を考慮しつつ各通信波に利用可能な周波数領域を適切に割り当てる必要がある。また、送信側の拠点が出力する通信波が複数ある場合、周波数上には新たな電波（以下、「干渉波」という）が生まれるため、干渉波がノイズとならないように、干渉波と通信波とを重ならないように周波数を割り当てる必要がある。

　図５は、本例示的実施形態に係る通信波への周波数の割当の概要を示す図である。図５の上段は、拠点Ｐ１と拠点Ｐ３との間で通信波ＷＡにより通信が行われ、拠点Ｐ２と拠点Ｐ４との間で通信波ＷＢにより通信が行われる様子を示している。

　また、図５の下段は、通信波に対する利用可能な周波数領域の割当の一例を示す図である。図において、横軸は周波数を示し、縦軸は電力を示す。図５の下段は、中継器内部での通信波と干渉波を示したものである。この例では、通信波の干渉により生じる干渉波Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３を考慮した割当が行われる。すなわち、この例では、複数の通信波ＷＡ、ＷＢ、…、及び干渉波Ｉ_１、Ｉ_２、・・・が、横軸方向において互いに重ならないように配置される。

　例えば割当対象の通信波が追加されたり、また、割当対象の通信波が削除されたりした場合に、通信波の割当が行われ、割当が更新される。本例示的実施形態では、複数の通信波に周波数領域をどのように割り当てるかを示す割当計画を、最適化問題を解くことにより生成する。

　＜情報処理装置の構成＞
　図６は、本例示的実施形態に係る情報処理装置１Ａの構成を示すブロック図である。情報処理装置１Ａは、複数の通信波に周波数領域をどのように割り当てるかを示す割当計画ＡＰを生成する。情報処理装置１Ａは、一例として、割当対象の通信波を追加する場合、通信波を削除する場合、割当条件を変更する場合等、周波数領域の割当を更新する必要がある場合に、割当計画ＡＰを生成する。

　情報処理装置１Ａは、図６に示すように、制御部１０Ａ、記憶部２０Ａ、通信部３０Ａ及び入出力部４０Ａを備える。

　（通信部）
　通信部３０Ａは、情報処理装置１Ａの外部の装置と通信回線を介して通信する。通信回線の具体的構成は本例示的実施形態を限定するものではないが、通信回線は一例として、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、有線ＬＡＮ、ＷＡＮ（Wide Area Network）、公衆回線網、モバイルデータ通信網、又は、これらの組み合わせである。通信部３０Ａは、制御部１０Ａから供給されたデータを他の装置に送信したり、他の装置から受信したデータを制御部１０Ａに供給したりする。

　（入出力部）
　入出力部４０Ａには、キーボード、マウス、ディスプレイ、プリンタ、タッチパネル等の入出力機器が接続される。入出力部４０Ａは、接続された入力機器から情報処理装置１Ａに対する各種の情報の入力を受け付ける。また、入出力部４０Ａは、制御部１０Ａの制御の下、接続された出力機器に各種の情報を出力する。入出力部４０Ａとしては、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのインタフェースが挙げられる。

　（制御部）
　制御部１０Ａは、図５に示すように、取得部１１Ａ、生成部１２Ａ及び決定部２１Ａを備える。

　（取得部）
　取得部１１Ａは、対象データＴＤ及び参照データＲＤを取得する。対象データＴＤは、生成部１２Ａが割当計画ＡＰを生成する際に用いるデータである。対象データＴＤは、一例として、周波数リソースの割当対象である通信波に関するデータを含む。

　また、対象データＴＤは、複数の通信波のそれぞれに対する周波数の割当を示すデータを含む。ここで、割当を示すデータは、一例として、複数の周波数についての現在の割当（すなわち更新前の割当）を示すデータである。

　取得部１１Ａは、入出力部４０Ａを介して入力される対象データＴＤを取得してもよいし、情報処理装置１Ａのユーザが指定した格納先（情報処理装置１Ａの記憶部２０Ａ内であってもよいし、情報処理装置１Ａ外の記憶装置であってもよい）から対象データＴＤを取得してもよい。取得部１１は、取得した対象データＴＤを記憶部２０Ａに記憶させる。

　参照データＲＤは、決定部２１Ａが後述する目的関数ＯＦを決定する際に用いるデータである。参照データＲＤは、一例として、更新前の割当を示すデータと、更新後の割当を示すデータとのセットを含む。

　（生成部）
　生成部１２Ａは、対象データＴＤと、目的関数ＯＦと、制約条件ＬＣとを用いた最適化問題を解くことによって通信波に対する周波数領域の割当計画を生成し、割当計画ＡＰとして記憶部２０Ａに記憶させる。生成部１２Ａによる割当計画ＡＰの生成方法については後述する。

　生成部１２Ａは、生成した割当計画ＡＰを出力装置に出力させてもよい。この場合、出力装置は、例えば入出力部４０Ａ又は通信部３０Ａに接続される。出力装置は、一例として、液晶ディスプレイ、タッチパネル等の表示装置、音声を出力するスピーカ、またはプロジェクタを含む。ただし、出力装置は上述した例に限られず、他の出力装置であってもよい。なお、割当計画ＡＰの出力は必須ではなく、例えば、生成部１２Ａは、情報処理装置１Ａのユーザが指定した格納先（情報処理装置１Ａの記憶部２０Ａ内であってもよいし、情報処理装置１Ａ外の記憶装置であってもよい）に割当計画ＡＰを記憶させてもよい。

　（決定部）
　決定部２１Ａは、参照データＲＤを参照した逆強化学習によって目的関数ＯＦを決定する。決定部２１Ａによる目的関数ＯＦの決定方法については後述する。

　（記憶部）
　記憶部２０Ａには、取得部１１Ａが取得する対象データＴＤ及び参照データＲＤが記憶される。また、記憶部２０Ａには、生成部１２Ａが生成する割当計画ＡＰが記憶される。また、記憶部２０Ａには、決定部２１Ａが決定する目的関数ＯＦ、及び制約条件ＬＣが記憶される。ここで、記憶部２０Ａに目的関数ＯＦが記憶されるとは、目的関数ＯＦを定めるパラメータが記憶部２０Ａに記憶されることをいう。

　（対象データ）
　対象データＴＤは、上述したように、生成部１２Ａが割当計画ＡＰを生成する際に用いるデータである。対象データＴＤは、一例として、更新前の割当を示すデータを含む。また、対象データＴＤは、一例として、利用可能な周波数領域の最小周波数及び最大周波数、並びに、割当対象である各通信波を識別する識別情報及び各通信波の帯域幅を含んでいてもよい。ただし、対象データＴＤは上述した例に限定されるものではなく、他のデータを含んでいてもよい。

　（参照データ）
　参照データＲＤは、上述したように、決定部２１Ａが目的関数ＯＦを決定する際に用いるデータである。参照データＲＤは、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との参照用の対応関係を示すデータを含む。より具体的には、参照データＲＤは、例えば、過去に通信波の割当が更新された際における、更新前の割当を示すデータと更新後の割当を示すデータとのセットを含む。ただし、参照データＲＤは上述した例に限定されるものではなく、他のデータを含んでいてもよい。

　対象データＴＤに含まれる各種のデータ、及び参照データＲＤに含まれる各種のデータは、逆強化学習における状態を示す状態データ、又は、逆強化学習における行動を表す行動データであるということもできる。ここで、状態データと行動データとの区分けは、問題設定に応じて適宜変更され得る。すなわち、状態データに含まれる少なくとも一部のデータは行動データとしての意味も持ち得る。また、行動データに含まれる少なくとも一部のデータは状態データとしての意味も持ち得る。

　参照データＲＤに含まれる行動データは、一例として、更新後の割当を示すデータを含む。また、参照データＲＤに含まれる状態データは、一例として、更新前の割当を示すデータを含む。

　（割当計画）
　割当計画ＡＰは、通信波に対する周波数リソースの割当計画である。割当計画ＡＰは、一例として、複数の通信波に対する周波数領域の割当結果（各通信波に割り当てられた周波数領域の最小周波数、等）を含む。ただし、割当計画ＡＰは上述した例に限られず、他のデータを含んでいてもよい。

　（目的関数・制約条件）
　目的関数ＯＦと制約条件ＬＣは、生成部１２Ａが割当計画ＡＰを生成する際に用いる目的関数及び制約条件である。目的関数ＯＦと制約条件ＬＣについては後述する。

　（割当計画の生成）
　次いで、生成部１２Ａによる割当計画ＡＰの生成方法の一例について説明する。生成部１２Ａは、複数の通信波に対する周波数リソースの割当計画を、目的関数ＯＦ及び制約条件ＬＣを用いた最適化問題を解くことにより決定する。

　この例で、生成部１２Ａは、通信波の登録番号ｊ（１≦ｊ≦Ｊ；ｊとＪは１以上の整数）と、利用可能な周波数領域における割当順位ｉ（１≦ｉ≦ｎ；ｉとｎは１以上の整数）とを対応付けることにより、各通信波に周波数を割り当てる。ここで、登録番号ｊは、割当対象である通信波を識別する識別情報である。登録番号ｊは、例えばキャリアを識別する情報であるが、これに限定されない。添え字ｉは、複数の通信波を利用可能な周波数領域に割り当てた場合における、割り当てられた通信波を周波数の小さい側からカウントした場合の数（順位）である。添え字ｉは、利用可能な周波数領域に対する通信波の割当順位を示す情報である、ということもできる。

　図７は、割当計画ＡＰの生成方法を説明するための図である。この例で、通信波Ｗ_ｉは、利用可能な周波数領域における割当順位がｉである通信波を示す。また、通信波Ｗ_ｉに割り当てられる周波数領域の最小周波数及び最大周波数をそれぞれｓ_ｉ、ｇ_ｉとする。また、通信波Ｗ_ｉの帯域幅をｌ_ｉとする。また、通信波Ｗ_ｉと通信波Ｗ_ｉ＋１との干渉波をＩ_{ｉ，ｉ＋１}とし、干渉波Ｉ_{ｉ，ｉ＋１}の帯域幅をｍ_{ｉ，ｉ＋１}とする。登録番号ｊの通信波の帯域幅はユーザ等により予め設定されるため、後述する決定変数ｘ_ｉｊが決まれば帯域幅ｌ_ｉが決まることになる。

　（決定変数）
　この例では、決定変数として、ｘ_ｉｊと、ｓ_ｉとを用いる。ｓ_ｉは、上述したように、通信波Ｗ_ｉの最小周波数である。決定変数ｘ_ｉｊは、通信波Ｗ_ｉと登録番号ｊとを対応付けるか否かを示す変数である。変数ｘ_ｉｊが「１」である場合、通信波Ｗ_ｉに登録番号ｊが対応付けられる旨を示す。一方、変数ｘ_ｉｊが「０」である場合、通信波Ｗ_ｉに登録番号ｊが対応付けられない旨を示す。換言すると、決定変数ｘ_ｉｊは、通信波Ｗ_ｉと登録番号ｊとの対応関係を示す変数であるということができる。これらの変数を導入することにより、通信波の割当の最適化問題を混合整数計画問題（ＭＩＰ：Mixed Integer Programming Problem）として扱うことができる。

　（制約条件）
　制約条件はＬＣ、一例として、（ｉ）利用可能な周波数への配置に関する条件と、（ｉｉ）トータル電力に関する条件と、を含む。換言すると、上記最適化問題は、通信波及び干渉波の重なりを制約する条件と、通信により消費する電力に関する条件と、を含む。

　（ｉ）利用可能な周波数への配置に関する条件は、一例として、以下の式で表される。
・ｓ_１＞Ｆ_ｍｉｎ
・ｇ_１＝ｓ_１＋ｌ_１
・ｓ_２＞ｇ_１＋ｍ_１，２（ｓ_１，ｇ_１，ｓ_２，ｇ_２，・・・，ｓ_ｎ，ｇ_ｎ）
・ｇ_２＝ｓ_２＋ｌ_２
　　　・・・
・ｓ_ｎ＞ｇ_ｎ－１＋ｍ_ｎ－１，_ｎ（ｓ_１，ｇ_１，ｓ_２，ｇ_２，・・・，ｓ_ｎ，ｇ_ｎ）
・ｇ_ｎ＝ｓ_ｎ＋ｌ_ｎ
・ｇ_ｎ＜Ｆ_ｍａｘ

　ここで、Ｆ_ｍｉｎ、Ｆ_ｍａｘはそれぞれ、利用可能な周波数の最小値と最大値である。また、帯域幅ｍ_{ｉ，ｉ＋１}（ｓ_１，ｇ_１，ｓ_２，ｇ_２，・・・，ｓ_ｎ，ｇ_ｎ）は、通信波Ｗ_ｉの最小周波数ｓ_ｉ、最大周波数ｇ_ｉを用いて算出される。換言すると、生成部１２Ａは一例として、決定変数ｓ_ｉを用いて干渉波Ｉ_{ｉ，ｉ＋１}の帯域幅ｍ_{ｉ，ｉ＋１}を算出する。

　更に、（ｉ）利用可能な周波数への配置に関する条件は、一例として、以下の（数式１）で表される条件を含む。（数式１）は、各通信波Ｗ_ｉに割り当てる登録番号ｊは１つのみである、という条件を示す。

　また、（ｉｉ）トータル電力に関する条件は、一例として、以下の式で表される。

　（数式２）の左辺の第一項は、通信波Ｗ_ｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）の電力量Ｐ（ｓ_ｉ，ｇ_ｉ）の合計値であり、第二項は、干渉波Ｉ_{ｉ，ｉ＋１}の電力量の合計値である。

　（目的関数）
　また、目的関数ＯＦは一例として、

と表される。（数式３）において、変数ｘ_ｐｉｊは、更新前の割当において、通信波Ｗ_ｉに登録番号ｊが対応付けられているか否かを示す変数である。変数ｘ_ｐｉｊが「１」である場合、通信波Ｗ_ｉと登録番号ｊとが対応付けられている旨を示す。一方、変数ｘ_ｐｉｊが「０」である場合、通信波Ｗ_ｉに登録番号ｊが対応付けられていない旨を示す。

　（数式３）の第一項は、決定変数ｘ_ｉｊが表す更新後の割当と変数ｘ_ｐｉｊが表す更新前の割当との差分が少ないほど大きな値となり、逆に、差分が大きいほど小さな値となる。換言すると、（数式３）の第一項は、更新前の割当と更新後の割当との一致度を表すということもできる。また、（数式３）の第二項は、必要なトータル電力を表す。換言すると、目的関数ＯＦは、更新前の対応関係と更新後の対応関係との一致度を表す項と、通信により消費するトータル電力に関する項と、を含む。

　λ_１≧０、λ_２≧０は、各項の重み係数である。重み係数λ_１、λ_２は、例えば対象データＴＤに含まれており、取得部１１Ａにより取得される。

　生成部１２Ａは、目的関数ＯＦを最大化する決定変数ｘ_ｉｊを算出する。上記の（数式３）の目的関数ＯＦは、通信波Ｗ_ｉと登録番号ｊとの対応関係をできるだけ変更せずに、かつ、トータル電力をなるべく抑える、ことに対応している。換言すると、生成部１２Ａは、上記一致度がより大きくなるように、かつ、上記トータル電力がより小さくなるように最適化を行う。これにより、利用可能な周波数領域に対する通信波Ｗ_ｉの割当を示す決定変数ｘ_ｉｊを最適化することができる。

　ただし、目的関数ＯＦは上述した例に限られず、上記以外の他の項を含む関数であってもよい。

　（重み係数の決定）
　目的関数ＯＦに含まれる重み係数λ_１、λ_２は、予め定められた値であってもよいし、また、情報処理装置１Ａのユーザにより設定される値であってもよい。また、決定部２１Ａが重み係数λ_１、λ_２を決定してもよい。決定部２１Ａが重み係数λ_１、λ_２を決定する場合、決定部２１Ａは、一例として、目的関数ＯＦに含まれる重み係数λ_１、λ_２を、参照データＲＤを参照した逆強化学習により決定する。すなわち、決定部２１Ａは、重み係数λ_１、λ_２を、参照データＲＤに含まれる状態データ及び行動データを用いた逆強化学習により決定する。この場合、決定部２１Ａは、例えば、上述の特許文献３に記載された逆強化学習の手法により重み係数λ_１、λ_２を決定してもよい。

　逆強化学習で用いられる参照データＲＤは、一例として、過去に通信波の割当が更新された際の、更新前の割当を示すデータ｛ｘ_ｐｉｊ｝_{ｉ∈［ｎ］，ｊ∈［Ｊ］}と、更新後の割当を示すデータ｛ｘ_ｉｊ｝_{ｉ∈［ｎ］，ｊ∈［Ｊ］}とのセットを１又は複数含む。

　重み係数λ_１、λ_２を、参照データＲＤを参照した逆強化学習で決定することにより、重み係数λ_１、λ_２は、参照データＲＤに含まれる行動データを反映した値、すなわち参照用の割当計画を生成した熟練者等の意図を反映した値となる。このような重み係数λ_１、λ_２を含む目的関数ＯＦを用いて生成部１２Ａが最適化問題を解くことにより、参照用の割当計画を生成した熟練者等の意図を反映させた割当計画ＡＰを生成できる。

　例えば、熟練者が過去に作成した割当計画に対応する参照データＲＤを用いて決定部２１Ａが目的関数ＯＦを決定し、決定部２１Ａが決定した目的関数ＯＦと対象データＴＤとを用いて、生成部１２Ａが今後の割当計画ＡＰを生成することができる。この場合、生成部１２Ａは、熟練者の意図を反映した今後の割当計画ＡＰを生成することができる。ただし、決定部２１Ａが重み係数λ_１、λ_２を決定する手法は、上述した例に限られず、決定部２１Ａは他の手法により重み係数λ_１、λ_２を決定してもよい。

　（割当計画の出力例）
　図８は、情報処理装置１Ａが出力する割当計画ＡＰの表示画面例を示す図である。図８の例では、複数の登録番号のそれぞれについて、割り当てられた周波数領域の最小周波数が表示される。

　＜情報処理装置の効果＞
　以上説明したように本例示的実施形態によれば、生成部１２Ａは、決定変数ｘ_ｉｊと決定変数ｓ_ｉとを含む目的関数ＯＦを用いた最適化問題を解くことにより、割当計画ＡＰを生成する。従来では、割当対象である通信波の数が多いほど割当の決定に時間がかかってしまうという問題がある。特に、ＦＤＭＡの通信波とＣＤＭＡの通信波が混在する場合により時間がかかってしまうという問題がある。本例示的実施形態によれば、生成部１２Ａが決定変数ｘ_ｉｊ及び決定変数ｓ_ｉを含む目的関数ＯＦを用いた最適化問題を解くことにより割当計画を生成することにより、割当に要する処理時間を短くすることができる。

　また、周波数は限られた資源のため、より最適な割当を行うことにより、割当ができない通信波を減らすことができる。これにより、本例示的実施形態によれば、より多くの拠点間の通信を成立させることができる。

　また、情報処理装置１Ａにおいては、目的関数ＯＦは、更新前の対応関係と更新後の対応関係との一致度を表す項と、通信により消費するトータル電力に関する項とを含み、生成部１２Ａは、上記一致度がより大きな値になるように、かつ、上記トータル電力がより小さくなるように最適化を行う。

　衛星通信を行う場合、通信波の割当を変更するためには、衛星とのリンクを一旦解除して再度実行する等の処理が必要になる。そのため、割当の更新においては割当の変更が少ないほうが好ましいといえる。本例示的実施形態では、上記一致度がより大きくなるように生成部１２Ａが最適化を行うことにより、より変更の小さい割当計画を生成することができる。また、トータル電力がより小さくなるように生成部１２Ａが最適化を行うことにより、よりトータル電力の小さい割当計画ＡＰを生成することができる。

　また、情報処理装置１Ａにおいて、上記最適化問題は、通信波及び干渉波の重なりを制約する条件と、通信により消費する電力に関する条件と、を含む。このため、情報処理装置１Ａによれば、通信波及び干渉波の重なりを防ぐとともに、消費電力が所定の条件を満たす割当計画ＡＰを生成することができる。

　また、情報処理装置１Ａにおいて、取得部１１Ａは、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との参照用の対応関係を示す参照データＲＤを取得し、参照データＲＤを参照した逆強化学習によって目的関数ＯＦを決定する決定部２１Ａを備える。参照データＲＤを用いて目的関数ＯＦを決定し、決定した目的関数ＯＦを用いて割当計画ＡＰを生成することにより、参照データＲＤに現れる傾向を反映させた割当計画ＡＰを生成することができる。

　また、決定部２１Ａは、目的関数ＯＦに含まれる各項の重み係数λ_１、λ_２を、参照データＲＤを参照した逆強化学習により決定する。参照データＲＤを用いて重み係数λ_１、λ_２を決定し、決定した重み係数λ_１、λ_２を含む目的関数ＯＦを用いることにより、参照データＲＤに現れる傾向を反映させた割当計画ＡＰを生成することができる。

　〔ソフトウェアによる実現例〕
　情報処理装置１、１Ａ、２の一部又は全部の機能は、集積回路（ＩＣチップ）等のハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

　後者の場合、情報処理装置１、１Ａ、２は、例えば、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータによって実現される。このようなコンピュータの一例（以下、コンピュータＣと記載する）を図９に示す。コンピュータＣは、少なくとも１つのプロセッサＣ１と、少なくとも１つのメモリＣ２と、を備えている。メモリＣ２には、コンピュータＣを情報処理装置１、１Ａ、２として動作させるためのプログラムＰが記録されている。コンピュータＣにおいて、プロセッサＣ１は、プログラムＰをメモリＣ２から読み取って実行することにより、情報処理装置１、１Ａ、２の各機能が実現される。

　プロセッサＣ１としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＦＰＵ（Floating point number Processing Unit）、ＰＰＵ（Physics Processing Unit）、ＴＰＵ（Tensor Processing Unit）、量子プロセッサ、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。メモリＣ２としては、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。

　なお、コンピュータＣは、プログラムＰを実行時に展開したり、各種データを一時的に記憶したりするためのＲＡＭ（Random Access Memory）を更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、他の装置との間でデータを送受信するための通信インタフェースを更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、キーボードやマウス、ディスプレイやプリンタなどの入出力機器を接続するための入出力インタフェースを更に備えていてもよい。

　また、プログラムＰは、コンピュータＣが読み取り可能な、一時的でない有形の記録媒体Ｍに記録することができる。このような記録媒体Ｍとしては、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、又はプログラマブルな論理回路などを用いることができる。コンピュータＣは、このような記録媒体Ｍを介してプログラムＰを取得することができる。また、プログラムＰは、伝送媒体を介して伝送することができる。このような伝送媒体としては、例えば、通信ネットワーク、又は放送波などを用いることができる。コンピュータＣは、このような伝送媒体を介してプログラムＰを取得することもできる。

　〔付記事項１〕
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

　〔付記事項２〕
　上述した実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載され得る。ただし、本発明は、以下の記載する態様に限定されるものではない。
　（付記１）
　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成手段、を備える情報処理装置。

　（付記２）
　前記目的関数は、前記更新前の対応関係と前記更新後の対応関係との一致度を表す項と、通信により消費するトータル電力に関する項と、を含み、前記生成手段は、前記一致度がより大きくなるように、かつ、上記トータル電力がより小さくなるように最適化を行う付記１に記載の情報処理装置。

　（付記３）
　前記最適化問題は、通信波及び干渉波の重なりを制約する条件と、通信により消費する電力に関する条件と、を含む、付記１又は２に記載の情報処理装置。

　（付記４）
　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との参照用の対応関係を示す参照データを取得する取得手段と、前記参照データを参照した逆強化学習によって前記目的関数を決定する決定手段と、を更に備える、付記１から３のいずれか１つに記載の情報処理装置。

　（付記５）
　前記決定手段は、前記目的関数に含まれる各項の重み係数を、前記参照データを参照した逆強化学習により決定する、付記４に記載の情報処理装置。

　（付記６）
　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定手段、を備える情報処理装置。

　（付記７）
　少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成することを含む情報処理方法。

　（付記８）
　少なくとも１つのプロセッサが、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定することを含む情報処理方法。

　（付記９）
　コンピュータに、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成処理を実行させるプログラム。

　（付記１０）
　コンピュータに、
　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定処理を実行させるプログラム。

　〔付記事項３〕
　上述した実施形態の一部又は全部は、更に、以下のように表現することもできる。
　少なくとも１つのプロセッサを備え、前記プロセッサは、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成処理を実行する情報処理装置。

　なお、この情報処理装置は、更にメモリを備えていてもよく、このメモリには、前記生成処理を前記プロセッサに実行させるためのプログラムが記憶されていてもよい。また、このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録されていてもよい。

　また、上述した実施形態の一部又は全部は、更に、以下のように表現することもできる。
　少なくとも１つのプロセッサを備え、前記プロセッサは、複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定処理を実行する情報処理装置。

　なお、この情報処理装置は、更にメモリを備えていてもよく、このメモリには、前記決定処理を前記プロセッサに実行させるためのプログラムが記憶されていてもよい。また、このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録されていてもよい。

１、１Ａ、２　情報処理装置
１１、１１Ａ　取得部
１２、１２Ａ　生成部
２１、２１Ａ　決定部

 

Claims (10)

1. 　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成手段、
   を備える情報処理装置。
2. 　前記目的関数は、前記更新前の対応関係と前記更新後の対応関係との一致度を表す項と、通信により消費するトータル電力に関する項と、を含み、
   　前記生成手段は、前記一致度がより大きくなるように、かつ、上記トータル電力がより小さくなるように最適化を行う
   請求項１に記載の情報処理装置。
3. 　前記最適化問題は、通信波及び干渉波の重なりを制約する条件と、通信により消費する電力に関する条件と、を含む、
   請求項１又は２に記載の情報処理装置。
4. 　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との参照用の対応関係を示す参照データを取得する取得手段と、
   　前記参照データを参照した逆強化学習によって前記目的関数を決定する決定手段と、を更に備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
5. 　前記決定手段は、前記目的関数に含まれる各項の重み係数を、前記参照データを参照した逆強化学習により決定する、
   請求項４に記載の情報処理装置。
6. 　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定手段、
   を備える情報処理装置。
7. 　少なくとも１つのプロセッサが、
   　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成すること
   を含む情報処理方法。
8. 　少なくとも１つのプロセッサが、
   　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定すること
   を含む情報処理方法。
9. 　コンピュータに、
   　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を用いた最適化問題を解くことによって、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てる割当計画を生成する生成処理
   を実行させるプログラム。
10. 　コンピュータに、
    　複数の通信波の各々と周波数領域における割当順位との更新前の対応関係を示す変数を定数として含むと共に、前記複数の通信波の各々と前記周波数領域における割当順位との更新後の対応関係を示す変数と各通信波の最小周波数を示す変数とを決定変数として含む目的関数を含む、前記複数の通信波の各々に前記周波数領域を割り当てるための最適化モデルを決定する決定処理
    を実行させるプログラム。
    
     

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