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無線通信ネットワークにおけるネットワーク選択方法及び、無線通信ネットワークシステム

国内特許コード P120006830
整理番号 EF001P02
掲載日 2012年3月13日
出願番号 特願2012-048570
公開番号 特開2013-187561
登録番号 特許第6008518号
出願日 平成24年3月5日(2012.3.5)
公開日 平成25年9月19日(2013.9.19)
登録日 平成28年9月23日(2016.9.23)
発明者
  • 長谷川 幹雄
  • 松井 拓己
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 無線通信ネットワークにおけるネットワーク選択方法及び、無線通信ネットワークシステム
発明の概要 【課題】無線通信ネットワークにおいて各端末装置におけるスループットのフェアネスを最適化することを目的とし、そのために各通信端末と無線アクセスネットワークの組み合わせを選択する技術を提供する。
【解決手段】複数の無線アクセスネットワークと、複数の種類の無線アクセスネットワークに対応する端末装置とから構成される無線通信ネットワークシステムにおいて、各端末装置におけるスループットのフェアネスを最適化する接続先ネットワークの選択方法であって、最適化する各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせ問題を、最小費用流問題としてモデル化し、コンピュータの演算手段が、該最小費用流問題の厳密解を算出すると共に、コンピュータのネットワーク選択結果出力手段が、各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせ結果を出力する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


限られた無線資源を効率よく利用する技術として、近年コグニティブ無線技術に係る研究が進められている。例えば非特許文献1には、異なる無線システムを切り替えるために異なる無線インターフェイスに接続可能なソフトウェア無線技術の研究が開示されている。
また、異種無線ネットワークをシームレスにハンドオーバさせる技術の研究(非特許文献2及び3参照)など、周辺技術の開発も進められている。



異種無線に接続可能な端末を活用するヘテロジニアス型コグニティブ無線技術では、状況に応じた無線選択や、負荷分散による通信品質やフェアネスの改善が可能である。具体例として、現在コグニティブワイヤレスルーターを用いた大規模実証実験が進められている。(非特許文献4参照)
このようなシステムにおける負荷分散などの無線アクセスネットワーク選択問題は、端末や基地局の増加に従って、その組み合わせが爆発的に増加し、現実的な時間内で厳密解を得ることができないNP困難な問題となっている。



このような問題から、従来提案されてきた手法は、無線端末が自律的に基地局を選択する手法や、さらにニューラルネットワークを導入した手法が提案されている。
例えば、非特許文献5には、複数の無線アクセス手段で様々な種類のネットワークに接続することが可能なコグニティブ無線端末が、その場で利用可能なネットワークの情報を自律的に収集し、各無線アクセスやネットワークのQoS情報もリアルタイムで取得し、ネットワーク全体のキャパシティ、エラー率を最適化にするコグニティブ無線アーキテクチャが開示されている。
また、ネットワークと端末に意思決定を分散させて無線資源を最適に利用しようとする基礎アーキテクチャと機能を定義した標準仕様であるIEEE1900.4が2009年2月27日に公開されている。(非特許文献6参照)



特許文献1には、無線通信端末が接続する無線基地局を自律的に選択する無線通信ネットワークシステムにおいて、ニューロンの発火と無線基地局の選択とを対応付け、ニューラルネットワーク計算装置においてニューロンが発火判定された無線基地局と無線通信端末が接続する構成が開示されている。



特許文献2には、2つのアクセスポイント間の遅延コストの差と、アクセスポイントを切り替える際のコストを比較して、後者のコストを前者が上回るときに、アクセスポイントを切り替えることで、無線ネットワークの負荷を分散する技術が開示されている。
また、非集中型の基地局選択アーキテクチャが非特許文献7に開示されている。



一方、フローネットワークについての一般的な問題として、最大流問題、最小費用流問題、他品種流問題、循環流問題などが知られており、例えば水道管の配管をネットワークとして、これらの問題の解法により解決する技術が提案されている。
特許文献3はその一例であり、上水道の導送水系統上の各要素をノードとアークに見立て、最小費用流問題に定式化することで導水量、送水量、貯水量の動的な計画値を立案することが提案されている。

産業上の利用分野


本発明は、無線通信ネットワークにおけるネットワーク選択方法に関し、特に各端末装置におけるスループットのフェアネスを最適化する接続先ネットワークの選択方法に係る。

特許請求の範囲 【請求項1】
スループットが変動するパケットベースの複数の無線アクセスネットワークと、複数の種類の無線アクセスネットワーク(以下、接続先ネットワークと呼ぶ。)に対応する端末装置とから構成される無線通信ネットワークシステムにおいて、各端末装置におけるスループットのフェアネスを最適化する接続先ネットワークの選択方法であって、
端末装置kが接続する接続先ネットワークL(k)の通信容量をCL(k)、接続先ネットワークL(k)に接続している端末装置数をNL(k)、端末装置kにおけるスループットTとしたときに、端末装置数がMであるときのスループットのフェアネスを最適化する目的関数Fを、
【数1】


と定義し、この目的関数が示す各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせ問題を最小費用流問題としてモデル化し、
該モデル化のために、
【数2】


(ただし、Pは基地局数、Njは同じ基地局jに接続している端末数、Cjは各基地局の通信容量、nは1から基地局が接続しうる最大端末数までの値をとる)
の変形を行って、コンピュータの演算手段が、各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせについての厳密解を算出することにより、コンピュータのネットワーク選択結果出力手段が、各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせ結果を出力する
ことを特徴とする無線通信ネットワークにおけるネットワーク選択方法。

【請求項2】
スループットが変動するパケットベースの複数の無線アクセスネットワークと、複数の種類の無線アクセスネットワークに対応する端末装置とから構成される無線通信ネットワークシステムにおいて、各端末装置におけるスループットのフェアネスを最適化する無線アクセスネットワーク(以下、接続先ネットワーク)の選択装置であって、
最適化する各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせ問題を、最小費用流問題としてモデル化した演算式を格納するコンピュータの演算式格納手段であって、
端末kが接続する接続先ネットワークL(k)の通信容量をCL(k)、接続先ネットワークL(k)に接続している端末装置数をNL(k)、端末装置kにおけるスループットTkとしたときに、端末装置数がMであるときのスループットのフェアネスを最適化する目的関数Fを、
【数1】


と定義し、この目的関数が示す各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせ問題を最小費用流問題としてモデル化し、
該モデル化のために、
【数2】


(ただし、Pは基地局数、Njは同じ基地局jに接続している端末数、Cjは各基地局の通信容量、nは1から各基地局が接続しうる最大端末数までの値をとる)
の変形を行った時の演算式を格納する演算式格納手段と、
該変形された演算式から各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせについての厳密解を算出するコンピュータの演算手段と、
各端末装置と接続先ネットワークとの組み合わせ結果を出力するコンピュータのネットワーク選択結果出力手段と
を備えたことを特徴とする無線通信ネットワークにおけるネットワーク選択装置。

【請求項3】
スループットが変動するパケットベースの複数の無線アクセスネットワークと、複数の種類の無線アクセスネットワークに対応する端末装置とから構成される無線通信ネットワークシステムであって、
前記請求項に記載のネットワーク選択装置を備え、
該ネットワーク選択装置の出力結果に従って各端末装置と各無線アクセスネットワークとを接続する
ことを特徴とする無線通信ネットワークシステム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012048570thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) FIRST 複雑系数理モデル学の基礎理論構築とその分野横断的科学技術応用 領域
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