JP2006067507A - タイムアウト間隔可変型無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】タイムアウトの時間間隔を適正に可変・調整して不要な通信切断を低減し、通信効率を向上する。
【解決手段】電波強度測定部４で過去から現在までの電波強度の履歴を保持すると共に、通信履歴・切断履歴保持部５で、過去から現在までの通信要求量の履歴とタイムアウトによる通信切断の履歴とを保持し、通信予測部６において、電波強度の履歴と通信量の履歴との少なくとも一方から未来の通信状況を予測する。そして、タイムアウト間隔計算部７において、未来の通信状況からタイムアウトまでの時間間隔を計算することにより、不要な切断を回避して通信効率を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信を切断するタイムアウトの時間間隔を可変可能なタイムアウト間隔可変型無線通信システムに関する。

一般に、無線通信によるデータ伝送においては、山や建造物等によって電波が遮蔽されたり、受信端末近傍の樹木や建造物によって電波が反射・回折して電力が瞬時変動するといったように、周辺環境の影響を受け易く、回線の切断や伝送誤りの増加といった伝送品質の劣化を生じる場合がある。

このため、従来から、種々の対策が提案されており、例えば、特許文献１には、データ伝送の状態又はデータ伝送に関連する機器の動作状態が変化しても、常に効果的なデータ伝送を行えるようにするため、近距離無線データ通信方式を用いた無線通信機能と、有線ケーブル回線を使用する有線通信機能の両方を備え、データ伝送状態及びデータ伝送に関連する機器の動作状態のうちの少なくとも一方を監視し、この動作状態の変化に応じその時々で最適な通信機能を選択する技術が開示されている。
特開２００１−２５１３３５号公報

ところで、一般に、通信システムにおいては、予め決められた時間内にデータ伝送が終了しない場合や、相手先から長時間応答がない場合、通信を強制的に切断するタイムアウトが設定されており、処理が停止してシステム全体の機能に悪影響を及ぼすことを回避するようにしている。

従来、このタイムアウトの時間は、システムの初期設定時に決定された固定値であり、タイムアウトの時間間隔が適切でないと、少しの通信不良での簡単に通信が切断されたり、無線通信の中継局の負担が増加するといった問題があり、通信効率の悪化を招いてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、タイムアウトの時間間隔を適正に可変・調整して不要な通信切断を低減し、通信効率を向上することのできるタイムアウト間隔可変型無線通信システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による第１のタイムアウト間隔可変型無線通信システムは、無線通信を切断するタイムアウトの時間間隔を可変可能なタイムアウト間隔可変型無線通信システムであって、過去の通信における電波強度及び通信量の履歴を保持する手段と、上記電波強度の履歴と上記通信量の履歴との少なくとも一方に基づいて未来の通信状況を予測する手段と、上記未来の通信状況の予測結果に基づいて、上記タイムアウトの時間間隔を調整する手段とを備えたことを特徴とする。

本発明による第２のタイムアウト間隔可変型無線通信システムは、無線通信を切断するタイムアウトの時間間隔を可変可能なタイムアウト間隔可変型無線通信システムであって、現在の位置情報と予め登録された電波強度分布情報とに基づいて未来の通信の電波強度を予測する手段と、上記電波強度の予測結果に基づいて、上記タイムアウトの時間間隔を調整する手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によるタイムアウト間隔可変型無線通信システムは、タイムアウトの時間間隔を適正に可変・調整して不要な通信切断を低減することができ、通信効率を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の第１形態に係り、図１はタイムアウト間隔可変型無線通信システムの概略構成図、図２は通信予測に基づくタイムアウト間隔計算の概念図、図３は車載用通信システムに適用した場合の通常の通信状態を示す説明図、図４は一部のアンテナが故障した場合の通信状態を示す説明図、図５はタイムアウト間隔の増加の様子を示す説明図である。

図１に示すタイムアウト間隔可変型無線通信システム（以下、単に「無線通信システム」と称する）１は、ＢＴ(Bluetooth)や無線ＬＡＮ、ＤＳＲＣ等の近距離無線方式、携帯電話網やＰＨＳ網等の公衆網を用いた遠距離無線方式を採用する各種機器、例えば、自動車等の車両の車載無線通信機や個人が所有する携帯情報端末等に適用することができ、通信セッションの不要な切断を低減して通信効率を向上させる。

この無線通信システム１は、基本機能として、受信用のアンテナ２、アンテナ２を介してデータを受信するデータ受信部３、アンテナ２を介して受信する電波の強度を測定し、過去の履歴データとして保持する電波強度測定部４、過去の通信状況の履歴を記録・保持する通信履歴・切断履歴保持部５、電波強度測定部４と通信履歴・切断履歴保持部５との少なくとも一方の履歴データから未来の通信状況を予測する通信予測部６、未来の通信状況の予測結果に基づいて通信のタイムアウトまでの時間間隔を計算するタイムアウト間隔計算部７、送信用のアンテナ８、アンテナ８を介してデータを送信するデータ送信部９、タイムアウトまでの通信セッションを制御する通信セッション制御部１０を備えて構成される。

尚、図１においては、データ送受信部を機能的に分離して示しているが、実際には、アンテナ２及びデータ受信部３とアンテナ８及びデータ送信部９とを一体型に形成しても良い。

また、無線通信システム１には、タイムアウト間隔の計算結果を学習してフィードバックする機能として、予想結果判定部１１を備えている。予想結果判定部１１は、データ受信部３及びデータ送信部９の送受状態や通信履歴・切断履歴保持部５の履歴を考慮し、タイムアウト間隔計算部７で計算したタイムアウト間隔が適正なものか否かを判断し、通信予測部６にフィードバックする。

更に、移動体通信等へ適用する場合の補助機能として、自己の現在の位置情報をアンテナ１２を介して取得する位置情報取得部１３、取得した自己の位置情報を中心として、予め登録されている基地局の電波圏内に関する情報や電波の受信状態に影響を及ぼすトンネルや山等に関する情報等を含む地図情報を、通信予測部６及び予想結果判定部１１へ出力する地図情報出力部１４を備えている。

以上の無線通信システム１においては、通信の規則性や通信スケジュールを考慮して過去の通信状況から未来の通信状況を予測し、その予測結果に応じて通信のタイムアウト間隔を動的に変化させる。このため、電波強度測定部４では、アンテナ２を介して受信した電波の強度を、信号の強度（シグナル値）や受信電力の相対値で示される受信感度（ｄＢｍ）によって測定し、図２に示すように、過去から現在までの一連の時系列データを電波強度の変化の履歴として保持している。

また、通信履歴・切断履歴保持部５では、過去から現在までの通信要求量の履歴とタイムアウトによる通信切断の履歴とを記憶・保持している。ここにおいて、通信要求量とは、過去の通信スケジュールで要求されていた通信量であり、過去の実際の通信量のみならず、何らかの障害によって帯域が圧迫されて通信されなかった分をも含むものである。

そして、通信予測部６において、これらの電波強度の履歴と通信量の履歴との少なくとも一方から、図２に破線で示すように、未来の通信状況を予測する。すなわち、定期的に収集したデータを伝送する等といったように、トラフィック量が予測しやすいような通信環境では、周期的な法則性があるものと考えられることから、過去の履歴から一定の法則性を見い出して未来の通信状況を予測し、タイムアウト間隔計算部７において、未来の通信状況からタイムアウトまでの時間間隔を計算することで、不要な切断を回避して通信効率を向上することができる。

例えば、現在の電波強度が通信を確立する限界強度より若干低い場合であっても、過去の電波強度の変化の履歴からまもなく電波強度の高い圏内へ入るといった状況が予測され、過去の通信要求量の履歴から次にデータ量の大きい通信が始まる状況が予測される場合には、タイムアウト間隔を今までの値よりも長くすることで不要な切断を回避する。

図３，図４は、以上の無線通信システム１を自動車２０の車載用通信機に適用した場合の通信状態を示すものであり、図３に示す通常の通信状態では、自動車２０の進行に伴って、一定間隔で並ぶ基地局の複数のアンテナの中の１つの電波圏内を出ると、自動的に次のアンテナを介した通信に切り換えられる、いわゆるハンドオーバが繰り返されて通信が継続される。この場合、図４に示すように、予定経路を進行中、アンテナ不良やトラフィックの溢れ等の原因により一部のアンテナにバースト的な通信不良状態が発生すると、ハンドオーバが途中で途切れ、状態ａから状態ｂ，ｃ，ｄへの遷移における一定時間の間、通信が途切れることになる。

一般に、通信が途切れると、一定時間のサーチの後、タイムアウトとなり、通信が切断される。従来、タイムアウト間隔は、初期設定等により一定の値に設定されて固定されており、その値が小さ過ぎると、少しの通信不良での簡単に通信が切断されて通信品質が悪化する。例えば、自動車２０へ音楽や映像等のデータを配信しながらの走行、自動車２０の故障予測やフリート試験等のように、車両情報や運転情報等を送信しながらの走行といったように、常時接続のキープを要する走行においては、一度、通信が切れると、再び、通信を確立させるためのネゴシエーション（例えば、ユーザＩＤの確認・照合、又は、通信速度の確認等の接続するための処理等）を行なわなくてはならず、その分の時間をロスし、結果的に通信品質が悪化する。一方、タイムアウト間隔が大き過ぎると、基地局１つ当たりの負担が大きくなり、結果的に、全ユーザを合わせたトータルの通信品質の悪化に繋がる。

しかしながら、本形態の無線通信システム１においては、例えば、ＧＰＳ(Global Positioning System)用受信機等からなる位置情報取得部１３、ＮＡＶＩ(Navigation)装置やＶＩＣＳ(Vehicle Information and Communication System)用受信機等からなる地図情報出力部１４からの情報により、基地局が一定間隔で並んでいることを予め知ることができ、タイムアウト間隔を適正に調整して不要な通信切断を回避することができる。すなわち、一時的に通信が途絶えても、図５に示すように、状態ｃ（現在）から状態ｄ（未来）以降へ遷移する際のタイムアウト間隔を長くして次のアンテナ圏内に入るまで極力通信を切れにくくし、過去の履歴から予測される次の通信に対する再ネゴシエーションを回避し、通信効率を向上することができる。

尚、図４に示すようなアンテナ不良の他に、トンネルや山の影響で一定区間電波が届かない箇所についても、タイムアウト間隔を適正に可変して再接続によるロスを減らすことができる。すなわち、位置情報と地図情報とを併用して電波の届かない範囲を予測し、その範囲を抜けるまでの距離と自車の速度、更に渋滞情報等から、電波が到達する所までの所要時間を計算し、その所要時間分と、過去の通信要求量の履歴から予測される次の通信量とを考慮してタイムアウト間隔を延ばすことにより再接続によるロスを減らし、通信効率を向上することができる。

尚、以上のタイムアウト間隔と通信効率との関係については、直ちに最適値を求めることは容易でなく、また、一概に最適値を決定できるものでもない。従って、本形態の無線通信システム１においては、タイムアウト間隔、通信効率の変化が、予想結果判定部１１に蓄積されてタイムアウト間隔の調整結果の適性度が学習され、通信量予測、タイムアウト間隔変化にフィードバックされる。

次に、本発明の実施の第２形態について説明する。図６〜図８は本発明の実施の第２形態に係り、図６は電波強度を予測できる鉄道路線の例を示す説明図、図７は電波強度とタイムアウト間隔との関係を示す説明図、図８は学習の様子を示す説明図である。

第２形態は、無線通信システム１を、通信機能付き携帯情報端末（例えばネットワーク配信型の音楽プレーヤ等）に搭載した例を示すものである。

携帯情報端末を所持するユーザが通信状態をキープしたまま（音楽データを受信中のまま）、電車や地下鉄等に乗って移動する場合、例えば、図６に示すような鉄道路線を使って移動する場合を想定する。この路線では、Ａ，Ｂ，Ｅ駅が地上、Ｃ，Ｄ駅が地下にあり、Ｂ駅とＣ駅との間、Ｄ駅とＥ駅との間に、地下と地上との境目がある。通信用電波は、地上のほか、地下駅ホームでも届くが、駅と駅との間の地下トンネル内では、電波が到達しない区間がある。鉄道の場合、ユーザの動きは予想できるため、電波強度も予測が可能となる。

このような背景のもと、予め、電波状況の良好な場所でユーザが通る路線に関する電波強度情報を携帯情報端末にダウンロードする、或いは、自宅のＰＣ（パーソナルコンピュータ）でインターネット等を経由して電波強度情報を入手し、携帯情報端末に転送することにより、電波強度を予測することができ、図７に示すように、移動距離から到達位置を把握してタイムアウト間隔を変化させ、地下トンネル部で通信切断を起こりにくくする。これにより、地下駅到達時や地上に再び出たときに、通信の再確立が迅速に行なえるようになり、通信効率を向上することができる。

尚、外部から電波強度情報を入手できない場合には、例えば、毎日通るルートの電波強度遷移をユーザ自身が保存し、ユーザの実測データを端末に保存しておいて使うことも可能である。また、タイムアウト間隔を変化させる際の図７の距離に基づく到達位置（ＧＰＳによる緯度経度情報は地下では取得不可）は、特定の路線への乗車時刻と現在の時刻との差分、携帯電話やＰＨＳのアンテナを介して取得した位置情報から算出することができ、更には、これらを複合した情報から到達位置を算出することができる。

以上の電波強度とタイムアウト間隔と通信効率との関係については、前述したように、最適値を求めることは容易でないことから、ユーザの置かれている通信環境を何度もトレースして「学習させる」ことにより、よりベターな値を見つけることが望ましい。そのためには、図８に示すように、同一の経路に関する、電波強度、タイムアウト間隔、通信効率（図７に示すパラメータ設定により得られた通信結果から算出される）の遷移を何件か、ユーザ側の端末に記憶しておく。

この電波強度、タイムアウト間隔、通信効率の遷移は、無線通信システム１における予想結果判定部１１に蓄積されてタイムアウト間隔の調整結果の適性度が判定され、通信量予測、タイムアウト間隔変化にフィードバックされる。これにより、図８に破線で示す一度目のタイムアウト間隔調整に対し、実線で示すように、より最適なタイムアウト間隔を設定し、通信効率を向上することができる。

本発明の実施の第１形態に係り、タイムアウト間隔可変型無線通信システムの概略構成図 同上、通信予測に基づくタイムアウト間隔計算の概念図 同上、車載用通信システムに適用した場合の通常の通信状態を示す説明図 同上、一部のアンテナが故障した場合の通信状態を示す説明図 同上、タイムアウト間隔の増加の様子を示す説明図 本発明の実施の第２形態に係り、電波強度を予測できる鉄道路線の例を示す説明図 同上、電波強度とタイムアウト間隔との関係を示す説明図 同上、学習の様子を示す説明図

符号の説明

１ 無線通信システム
４ 電波強度測定部
５ 通信履歴・切断履歴保持部
６ 通信予測部
７ タイムアウト間隔計算部
１１ 予想結果判定部
１３ 位置情報取得部
１４ 地図情報出力部
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (3)

1. 無線通信を切断するタイムアウトの時間間隔を可変可能なタイムアウト間隔可変型無線通信システムであって、
   過去の通信における電波強度及び通信量の履歴を保持する手段と、
   上記電波強度の履歴と上記通信量の履歴との少なくとも一方に基づいて未来の通信状況を予測する手段と、
   上記未来の通信状況の予測結果に基づいて、上記タイムアウトの時間間隔を調整する手段とを備えたことを特徴とするタイムアウト間隔可変型無線通信システム。
2. 無線通信を切断するタイムアウトの時間間隔を可変可能なタイムアウト間隔可変型無線通信システムであって、
   現在の位置情報と予め登録された電波強度分布情報とに基づいて未来の通信の電波強度を予測する手段と、
   上記電波強度の予測結果に基づいて、上記タイムアウトの時間間隔を調整する手段とを備えたことを特徴とするタイムアウト間隔可変型無線通信システム。
3. 上記タイムアウトの時間間隔の調整結果による通信効率の変化を学習し、上記予測に基づく上記タイムアウトの時間間隔の調整にフィードバックさせることを特徴とする請求項１又は２記載のタイムアウト間隔可変型無線通信システム。

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