JP2019029926A - 省電力通信システムのための端末間協調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少数の端末で構成される通信システムにおいて、各端末の平均消費電力を低減し連続使用可能時間の増加を図るための端末間協調方法を提案する。【解決手段】ひとつの通信回線に係属する基地局に接続されたモバイル通信端末群で、長レンジ通信と消費電力が少ない短レンジ通信とが可能であり、各端末は短レンジ通信を介して、最大スループット、バッテリー残量、受信信号電力等の情報を共有する。まず、各グループのプロキシを決定し、グルーピングを行う。グルーピングの結果を複数のモバイル通信端末に伝送し、受信した各モバイル通信端末は各グループの各プロキシを基地局と接続するための長レンジ通信に設定する。そのプロキシ以外の各端末では、単レンジ通信に設定してプロキシを介して基地局との通信を行う。グルーピングは、各端末のデマンド分を組み合わせて、最大スループットに近くすることで行う。【選択図】図３

Description

この発明は、少数の端末で構成される通信システムにおいて、無線端末協調によって各端末の平均消費電力を低減し連続使用可能時間の増加を図るための省電力通信システムのための端末間協調方法に関する。

近年、モバイル端末、例えばスマートフォンの高性能化および通信の高速化に伴いスマートフオンの消費電力が著しく増加している。しかしながら、既存のバッテリーの性能はすでに限界に近く、電力供給量を上げるには、重さや容積が増加するバッテリー容量の増量以外に有効な方法がない。実際に、咋今のユーザは補充用に何らかの携帯型バッテリーを帯同して稼働時問を延ばすという方法が一般的である。スマートフォンは大まかに、通信部と情報処理部と表示部とに分けられるが、その通信部が使用する電力の割合は大きく、他の部分（ディスプレイ、ＣＰＵ等）と比較して改善による稼働時間延長の効果が大きい。

従来、通信部での消費電力の削減は、個々の装置で独立して行われてきた。これに対し、本発朋では、先の発明（特願２０１６−９９６８８）に続き、プロキシ端末を用いた省電力端末協調システムを提案する。但し、上記先の発明では、複数のプロキシ端末が存在する場合において、適切な子機収容に関しては論じていない。そこで本発明では、子機端末群を適切に収容するための手法を提案し、通信の電力効率向上を実現する。

従来技術としては、限定された機能であるが、端末間の連携や協調を行う簡素な無線通信システムは、例えば、特許文献１（特開２００２−１４１８５７号公報）に開示されている。これは、基地局と携帯端末との間に中継局を介在させて無線ＬＡＮ環境を構築するとともに、中継局と携帯端末との間では、基地局との携帯端末との間よりも低出力の高周波にて交信を行うようにし、しかも無線ＬＡＮ環境内では基地局と携帯端末との間の通信よりも、中継局と携帯端末との間の通信を優先するようにしたものである。この携帯端末には、ヴォイス・スティックと称する棒状の音声入出力装置が、微弱な無線回線で接続される。

また、特許文献２（特開２０１５−１２２７１２号公報）には、携帯電話無線通信とその他の無線通信とのハイブリッド無線通信の携帯電話無線通信の回線数を減らして回線使用料を削減する無線通信システムが開示されている。この無線通信システムは、第１の無線通信の通信性能を収集し、前記通信性能に基づいて前記第１の無線通信の可否を判定する、通信機と、前記第１の無線通信の可否に基づいて、前記第１の無線通信を行う前記通信機のグループと、前記グループの前記通信機の中から前記第１の無線通信に加えて第２の無線通信を行う前記通信機と、を指定する、割振り手段と、を備えるものである。

また、特許文献２の記載では、上記割振り手段は、子機や親機との無線通信を行う無線通信部、タッチパネル機能を有する液晶ディスプレイによる表示部、無線通信部と表示部の制御を行う制御部を備えるもので、例えば、タブレット端末に無線通信部を付加し、アプリケーションソフトウエアを動作させることで実現される。この無線通信システムの構築においては、（１）まず、無線通信システムを構築しようとする通信機群の各通信機の無線通信部の無線通信性能を、事前にモニタリングし、（２）このモニタリングの結果に基づいて、各通信機の無線通信部同志の無線通信の可否を判定し、（３）この無線通信の可否の判定に基づいて、割振り手段により、親機との無線通信を行う子機のグループの指定と、（４）このグループの中から親機と子機間の無線通信に加えて親機と携帯電話基地局との携帯電話通信を行う親機とすべき子機の指定とを行う。

特許文献３は、通信事業者と回線を契約している回線契約者が、自らが所有する無線ＬＡＮ（Local Area Network）ルータを通信事業者の無線ＬＡＮアクセスポイントとして提供する無線ＬＡＮアクセスポイント共有システムおよび無線ＬＡＮアクセスポイント共有方法に関する。
特許文献４は、携帯電話端末が携帯電話網を通して行う通信を、無線ＬＡＮを通してオフロードする技術に関する。

非特許文献１の図２には、短レンジ通信を用いたローカルネットワークが長レンジ通信を用いて電話回線網の基地局と接続された例が記載されている。

特開２００２−１４１８５７号公報 特開２０１５−１２２７１２号公報 特開２０１５−２２８６０２号公報 特開２０１５−０２３３０３号公報

"Energy saving in multi-standard mobile terminals through short-range cooperation" EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2012 2012:159. DOI: 10.1186/1687-1499-2012-159

本発明では、ひとつの通信回線に係属する基地局と通信回線で接続された複数のモバイル通信端末において端末間協調のためのグルーピングを行ってビット当たりの総消費電力を抑制するための端末間協調方法を提案し、通信の電力効率向上を実現する。

まず電力効率について、例えば現在の高速ＷＡＮ技術の代表的なものであるＬＴＥ（Long Term Evolution）の電力効率について説明する。図１に、（１）ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）を媒介変数として、（２）スループット、（３）消費電力の３変数の関係の実測例を示す。このグラフから分かるように、ＲＳＲＰ値がよい端末は、高スループット側でも低い消費電力を示している。また、スループットがゼロの場合も消費電力はゼロでないことから、実現可能なスループットを限界の高さまで使い切ることが、単位データ量に対する電力効率（ｂｉｔ／Ｊ）という観点で最も望ましい、こともわかる。
この事実から、複数のモバイル端末を収容するために複数のプロキシを設定する場合、どのように端末群グループを形成すればよいかのひとつの指針をとなる端末間協調方法提案するものである。

本発明の省電力通信システムのための端末間協調方法は、ひとつの通信回線に係属する基地局に通信回線で接続された複数のモバイル通信端末からなる端末群において、各モバイル通信端末は、上記基地局との通信が可能な長レンジ通信と、その長レンジ通信よりも消費電力が少ない短レンジ通信と、を行うことが可能であり、上記端末群における通信のビット当たりの総消費電力を抑制するための端末間協調方法であって、
（イ） 上記端末群の各モバイル通信端末は、短レンジ通信用の通信回線を介して、少なくとも、達成可能な最大スループット、バッテリー残量、受信信号電力を含む情報を上記端末群で共有し、
（ロ） 複数のモバイル通信端末における上記端末間協調をグルーピングで実現するために用いるグルーピング用のパラメータを基地局もしくは所定のモバイル通信端末で決定し、
（ハ） 上記グルーピング用のデータ処理を基地局もしくは所定のモバイル通信端末で行って各グループのプロキシを決定し、
（ニ） 上記グルーピングの結果を所定の通信回線を用いて自身以外の上記複数のモバイル通信端末に伝送し、
（ホ） その情報を受信した各モバイル通信端末は、各グループの各プロキシを長レンジ通信に設定し、そのプロキシ以外の各モバイル通信端末では短レンジ通信に設定して自身の属するグループのプロキシを介して基地局との通信を行うようにする、
ことを特徴とする。

上記グルーピングは、
（Ａ）各プロキシ端末が、該プロキシ端末に収容されたクライアント端末に提供することができる許容通信スループットを算出し、
（Ｂ）各プロキシ端末は各プロキシ端末毎の処理において、上記許容通信スループットが所定の値を下回らない場合で、上記許容通信スループットに比較的近い通信デマンドを持つ端末でクライアント端末として未収容の端末がある場合、その端末を優先的に上記プロキシ端末のクライアント端末として収容すると共に上記許容通信スループットから通信デマンド分を減じる処理を繰り返し、
（Ｃ）上記未収容の端末が無い場合あるいは上記許容通信スループットが所定の値以下になった場合には、各プロキシ端末について、各プロキシ端末と該プロキシ端末のクライアント端末として収容された端末によってグループを形成する、
なる手続きを含むことを特徴とする。

また、上記グルーピングは、
（１）各プロキシ端末が、自身の許容通信スループットとして上記達成可能な最大スループットを割り当て、
（２）各プロキシ端末について各プロキシ端末の並びで繰り返し順に行う処理において、
上記許容通信スループットが所定の値以下の場合は（４）に移行し、
上記許容通信スループットが所定の値以下でない場合は、該プロキシ端末が自身の上記許容通信スループットに最も近い通信デマンドを持つ端末でクライアント端末として未収容の端末がある場合はその端末を優先的に上記プロキシ端末のクライアント端末として収容して（３）に、上記未収容の端末が無い場合は（４）に移行し、
（３）各プロキシ端末が、自身の上記最大スループットと収容したクライアント端末の通信デマンドとの差を求めて新たに許容通信スループットとして、（２）に移行し、
（４）各プロキシ端末について、各プロキシ端末と該プロキシ端末のクライアント端末として収容された端末によってグループを形成する、
なる手続きを含むことを特徴とする。

また、上記グルーピングは、
（１）各モバイル通信端末が自分の最大通信スループットと通信デマンドの差を求めることによって許容通信スループットを計算し、
（２）上記許容通信スループットが大きいモバイル通信端末から順にプロキシ候補とし、
（３）上記許容通信スループットが小さいモバイル通信端末から順に上記プロキシ候補に付随するクライアント候補とし、
（４）選ばれたプロキシ候補がクライアント候補の通信デマンドと自身の通信デマンドの両方を確実に満たし、かつ各々が上記基地局との直接通信でのビット当たりの総消費電力の和に比べて、上記プロキシ候補とクライアント候補による上記構成でのビット当たりの総消費電力が小さくなる場合は（５）へ、そうでなければ（６）へ進み、
（５）正式なプロキシ端末とクライアント端末に設定し、（７）へ進み、
（６）クライアント候補端末リストから除外し、（７）へ進み、
（７）全端末のついての確認が完了した場合は一通りの終了となるが上記（２）に戻って再開し、完了していない場合は上記（３）へ戻る、
なる手続きを順に行って、複数の上記モバイル通信端末を複数のグループに分類し、
上記複数の少なくとも１つのグループでは、プロキシとなるモバイル通信端末に少なくとも１つのモバイル通信端末が係属する、
ことを特徴とする。

上記基地局は複数あり、上記複数のモバイル通信端末の各々は、上記基地局のいずれか１つに係属するものである場合に行われることを特徴とする。

この発明により、電波環境の悪い端末(基地局からの見通せない等)やバッテリー残量の少ない端末でも、近隣のプロキシ端末を経由することで、電力効率（bit/J）が良い通信を実現することが出来る。一方、プロキシ端末として選ばれた端末は、近隣の端末が自身を経由した通信を行うことから、通信の電力効率を改善することが可能になる。基地局へ直接接続する端末数を削減することが可能となり、電波資源の有効利用や設備投資コストの削減が可能になる。

ＬＴＥ方式のモバイル端末について、（１）ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）を媒介変数として、（２）スループット、（３）消費電力の３変数の関係の実測例を示す図である。 本発明を適用するための構成例を示す図であり、（ａ）では、複数のモバイル通信端末が直接基地局と通信回線で接続され、（ｂ）では、幾つかのモバイル通信端末が基地局に直接され、残りのモバイル通信端末は間接的に基地局と通信回線で接続されている様子を示す。 グルーピングのフローチャートを示す図で、（ａ）はグルーピングするためのフローチャートを、（ｂ）にタイミングチャートを示す。 グループ形成方法のアルゴリズムの一例を図解する模式図である。 各端末の通信デマンドの実現に着目したアルゴリズムのフローチャートである。 図５のフローチャートについての具体的なアルゴリズムを示す図である。 プロキシ端末毎に収容するクライアント端末の決定を行う方法を示すフローチャートである。 各プロキシ端末で順に1台ずつ収容するクライアント端末を決定していく方法を示すフローチャートである。

図２に、本発明を適用するための構成例を示す。図２（ａ）では、複数のモバイル通信端末が直接基地局と通信回線で接続され、図２（ｂ）では、幾つかのモバイル通信端末が基地局に直接接続され、残りのモバイル通信端末は間接的に基地局と通信回線で接続されている。本発明では、概略、図２（ａ）の構成から図２（ｂ）の構成にするもので、複数の上記モバイル通信端末を、端末間協調を行うためのその接続状況から、複数のグループに分類（グルーピング）する。本発明では、そのうちの少なくとも１つのグループではプロキシとなるモバイル通信端末に少なくとも１つのモバイル通信端末が係属していることを想定し、全てのモバイル通信端末が直接基地局と通信回線で接続された構成は想定しない。
また、図２の例での基地局はひとつであるが、共通の通信回線に接続されたものであれば、単数あるいは複数のいずれでもよい。

図３（ａ）に、上記の様にグルーピングするためのフローチャートを、図３（ｂ）にタイミングチャートを示す。端末間協調に参加しようとする端末は、それぞれ、制御用の各種情報、例えば、各端末の位置情報や達成可能の最大スループット、バッテリー残量、受信信号電力などを、端末間の通信手段であるブルートゥース（登録商標）回線やワイファイ（Ｗｉ−Ｆｉ）回線等で、各々の情報を上記複数のモバイル通信端末全体で共有する。
続いて、複数のモバイル通信端末をグルーピングするために必要なパラメータを決定し、各グループのプロキシと該プロキシのクライアントを決定するグルーピングを所定のアルゴリズムに沿った集中制御及び分散制御で行う。ここでの集中制御及び分散制御とは、１台の集中制御端末上で上記アルゴリズムに沿った処理を行いその結果を他の端末に伝送して共有する集中制御と、全ての上記モバイル端末上で上記アルゴリズムに沿った処理を各々行う分散制御である。

上記アルゴリズムに沿ったグルーピングを行うことに伴って、各グループ内のプロキシ端末とクライアント端末が決定される。次に、各グループでプロキシ端末は自身の情報をそのグループの各メンバーにブロードキャストし、その情報を受信した各クライアント端末は携帯電話網への接続を切断し自身の属するグループのプロキシを介して基地局との通信を行う。

上記のフローチャートにおいては、プロキシと該プロキシのクライアントをグルーピングするアルゴリズムの構成が消費電力の低減には最も重要である。この課題を解決するためのグループ形成方法や子機端末群収容方法を以下の様に提案する。

まず、図４にグループ形成方法のアルゴリズムの一例を示す。ここで、各端末について、受信信号電力、スループットおよび通信デマンド（要求される通信速度）は、事前測定により既知であるものとする。
（１）まず、プロキシを決定する。
どの端末をプロキシにするかはバッテリー残量、受信信号電力、通信デマンド等から以下の様に決定する。この段階でのプロキシ候補は、１，２，５である。

プロキシ端末の選択に当たっては、以下に示す協調アルゴリズムに沿って行う。これは、例えば、表１に示す項目についてプロキシ端末としての適性を評価することで決定するものである。

ここでは、各端末は、ＢＴ（ブルートゥース（登録商標））ＭＡＣアドレスで識別されており、各端末についての推定稼働時間（または推定稼働可能時間）、スループット、平均使用帯域、基地局端末間電波強度、ブルートゥース（登録商標）受信強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）、モバイルルータ適用度（後述）、充電フラグ等の値について各項目毎に重みづけを変えて評価することで、プロキシ端末としての適性を評価することができる。この評価は、例えば、次の様に行う。

イ． 全ての端末で充電フラグがＯＦＦ（オフ）の時には、上記端末の全てが電池駆動であることを示しており、例えば評価値として、次の様に計算する。
評価値＝推定稼働時間×（１０）＋スループット＋平均使用帯域×（−１０）＋基地局端末間電波強度×（０．１）＋モバイルルータ適用度×（５）、とする。
表１の評価値はこの計算式に沿った評価値であり、○印の数字は、その降順である。
ロ． 充電フラグが１台のみＯＮ（オン）の時には、１台が充電中での使用であり、その端末の推定稼働時間は無限であるとする。この場合は、上記の評価値での評価に従っても同様であるが、充電フラグがＯＮの端末がプロキシ端末となる。
ハ． 充電フラグが２台以上ＯＮの時には、その端末群のなかで評価値を計算し，最大のものがプロキシとなる。

なお、上記のモバイルルータ適用度とは、プロキシ端末としての役割を長時間継続できそうであることを示す指数である。

（２）プロキシ以外
プロキシとならない端末は、（２−１）自身の無線ＷＡＮインタフェースを用いて個別通信を行う、もしくは（２−２）他のプロキシに接続する、のどちらかとする必要がある。
図４に、構成例として、各端末の達成可能最大スループットが１０Ｍｂｐｓ、各端末の通信デマンドが異なるケースを示す。通信デマンドが１０Ｍｂｐｓの端末はプロキシにならず単独でグループを形成する（この段階で、プロキシ候補は、２、５である）。上記の決定では、プロキシには、通信デマンドが１０Ｍｂｐｓ以外の端末がなり、子機（プロキシのクライアント）には、通信デマンドが１０Ｍｂｐｓ未満の端末がなる。

プロキシに選ばれなかった端末（３、４、５）はプロキシ２もしくは５のどちらかを選んで接続することになる。プロキシ２の残り許容通信スループットは２Ｍｂｐｓなので、それに一番近い端末４をプロキシ２の属するグループに収容する。一方、プロキシ５の残り許容通信スループットは９Ｍｂｐｓなので端末３と６を収容して、新たなグループを形成する。このように、達成可能スループットと通信デマンドを用い、各プロキシが達成可能最大スループットに近くなるようにして、通信資源に無駄のないグループ形態を構成することで、通信の電力効率向上が実現できる。

各グループのプロキシ端末とクライアント端末を決定するアルゴリズムは、実現しようとする通信形態に合わせて変える必要がある。例えば、図４に示した例を概観すると、全ての端末の許容通信スループットが自分の通信デマンドよりも大きく、全端末が無線ＷＡＮで通信を行っても各端末では通信デマンドを満たせる構成をもつことが分かる。この構成を基礎に、図４のグルーピングのコンセプトは、全端末の消費電力の総和を低減することである。このために、各グループには、なるべく多くの端末を収容している。しかし、一方で、実際には電波環境などによって、一部の端末の無線ＷＡＮ通信速度が通信デマンドを下回る場合もある。
このような場合は、例えばグループの再編によって、プロキシ端末を介して要求される通信デマンドを満たすことができる。上記グルーピング用のアルゴリズムは、このようなグループの再編機能を備えるものであることが望ましい。

次に、各端末の通信デマンドの実現を目的にしたグループ形成アルゴリズムの例について説明する。

図７は、プロキシ端末毎に収容するクライアント端末の決定を行うグルーピング方法を示すフローチャートである。

上記グルーピングは、図７の符号に従い、以下の手続きを含むものである。
（Ａ）各プロキシ端末が、該プロキシ端末に収容されたクライアント端末に提供することができる許容通信スループットを算出し、
（Ｂ−１）：各プロキシ端末はプロキシ端末毎の処理において、上記許容通信スループットが所定の値を超える場合で、
（Ｂ−２）：上記許容通信スループットに比較的近い通信デマンドを持つ端末でクライアント端末として未収容の端末がある場合、
（Ｂ−３）：その端末を優先的に上記プロキシ端末のクライアント端末として収容すると共に、上記許容通信スループットから通信デマンド分を減じる処理を上記（Ｂ−１）に戻って繰り返し、
（Ｂ−４）：上記（Ｂ−１）で所定の値を超える場合、あるいは上記（Ｂ−２）で未収用の端末が無い場合には、全てのプロキシ端末についての処理が完了したかどうかをチェックし、それが完了した場合は（Ｃ）の手続きへ進み、それが完了していない場合は並び順で次のプロキシ端末を指定して上記（Ｂ′−１）に移行する。
（Ｃ）：各プロキシ端末について、各プロキシ端末と該プロキシ端末のクライアント端末として収容された端末によってグループを形成する。

図８は、各プロキシ端末で順に1台ずつ収容するクライアント端末を決定していくグルーピング方法を示すフローチャートである。

上記グルーピングは、図８の符号に従い、以下の手続きを含むものである。
（Ａ′）各プロキシ端末が、自身の許容通信スループットとして上記達成可能な最大スループットを割り当て、
（Ｂ′−１）：各プロキシ端末について各プロキシ端末の並びで繰り返し順に行う処理において、
上記許容通信スループットが所定の値以下の場合は（Ｃ′）に移行し、
（Ｂ′−２）：上記許容通信スループットが所定の値以上の場合で、該プロキシ端末が自身の上記許容通信スループットに最も近い通信デマンドを持つ端末でクライアント端末として未収容の端末がある場合、
（Ｂ′−３）：その端末を優先的に上記プロキシ端末のクライアント端末として収容すると共に、上記許容通信スループットから通信デマンド分を減じ、プロキシ端末の並びで次の順を指定して、上記（Ｂ′−１）に戻って処理を繰り返し、
（Ｂ′−４）：上記（Ｂ′−１）で所定の値を以上でない場合、あるいは上記（Ｂ′−２）で未収用の端末が無い場合には、全てのプロキシ端末についての処理が完了したかどうかをチェックし、それが完了した場合は（Ｃ′）の手続きへ進み、それが完了していない場合はプロキシ端末の並びで次の順のプロキシ端末を指定して上記（Ｂ′−１）に移行する。
（Ｃ′）：各プロキシ端末について、各プロキシ端末と該プロキシ端末のクライアント端末として収容された端末によってグループを形成する。

各端末の通信デマンドの実現に着目したアルゴリズムのフローチャートを図５に示す。また、より具体的なアルゴリズムを図６に示す。

（１）最初に各端末が自分の最大通信スループットと通信デマンドの差を求めることによって許容通信スループットを計算する。
（２）次に、その許容通信スループットが大きい（無線ＷＡＮの通信容量に余裕がある）端末をプロキシ候補者にする。
（３）許容通信スループットが小さい（無線ＷＡＮの通信容量に余裕がない）端末を該当プロキシ候補端末に付随するクライアント候補端末にする。簡単に言えば、無線ＷＡＮの通信環境が悪い通信デマンドを充足しにくい端末が先にプロキシ端末を探す。
（４）続いて、選ばれたプロキシ候補端末がクライアント候補端末と自分自身の通信デマンド両方を確実に満たし、かつ各々無線ＷＡＮ通信で消費する電力よりも近距離通信を含める消費電力が確実に小さくなるのであれば以下の（５）へ、そうでなければ以下の（６）へ。
（５）正式なプロキシ端末とクライアント端末に設定し、（７）へ。
（６）クライアント候補端末リストから除外し、（７）へ。
（７）全端末のついての確認が完了した場合は、上記（２）へ。それが完了していない場合は、上記（３）へ。

以上のアルゴリズムによって、通信環境が悪いなどにより無線ＷＡＮ通信では通信デマンドを充足できない端末が先に許容通信スループットが大きいプロキシ端末を探すという目標を基準としてグルーピングが行われる。

図６において、Ｕはユーザの集合、Ｎgroupはグループ数、ｃ0,uはユーザuのデマンド、Ｐt,uはユーザuの出力パワー、ｇｎ（ｎ＝１からＮgroup）はプロキシやクライアントを含む構造体、ｈuはアップリンクＣＳＩ（Channel State Information:チャネル品質情報）を表している。このとき、図５の１から７の各項目は、それぞれ、図６左端の第6項、第８項、第１３項、第１４から１６項、第１７から１９項、第２２項、第３４項に相当する。また、図５の７項から２項に戻るループは図６の第７項から第３４項の繰り返しに相当し、図５の７項から３項に戻るループは図６の第１２項から第２４項の繰り返しに相当する。

本発明の機能は既存のスマートフォン機能(例えば、無線WAN、Wi-Fi、Bluetooth（登録商標）)とソフトウエアで実装可能であるが、市販の大概のスマートフォンには備えられているため、普及は容易である。特に、効果的な利用例としては、災害時の避難所における利用や、通常時でも、都市圏の通勤列車での混雑した状況での利用が考えられる。通勤列車では、携帯端末の配置は高密度であり、立ち位置によって電波環境は大きく異なる。つまり、基地局に面した窓近く近くのスマートフォンと、周囲を人で覆われたスマートフォンとでは、電波伝搬特性が大きく異なる。加えて、一つの基地局のカバーするセルに列車の多数の乗客が一斉に入出することになり、その基地局にアクセス集中が発生し、電波利用効率の面でも課題がある。しかし、本発明では、電波伝搬特性のよい一部のスマートフォンがその基地局と接続しプロキシ機能を提供することでワイヤレスのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を形成可能にする。この様に基地局との通信を少数のプロキシに束ねることで、基地局との接続に要する総電力を節約することができる。また、プロキシ以外のユーザはグループ毎のプロキシと通信することになり、基地局との通信に比べて通信距離の飛躍的短縮化(数キロ→数メートル)となりそれに伴う省電力化が可能となる。

Claims (5)

1. ひとつの通信回線に係属する基地局に通信回線で接続された複数のモバイル通信端末からなる端末群において、各モバイル通信端末は、上記基地局との通信が可能な長レンジ通信と、その長レンジ通信よりも消費電力が少ない短レンジ通信と、を行うことが可能であり、上記端末群における通信のビット当たりの総消費電力を抑制するための端末間協調方法であって、
   （イ） 上記端末群の各モバイル通信端末は、短レンジ通信用の通信回線を介して、少なくとも、達成可能な最大スループット、バッテリー残量、受信信号電力を含む情報を上記端末群で共有し、
   （ロ） 複数のモバイル通信端末における上記端末間協調をグルーピングで実現するために用いるグルーピング用のパラメータを基地局もしくは所定のモバイル通信端末で決定し、
   （ハ） 上記グルーピング用のデータ処理を基地局もしくは所定のモバイル通信端末で行って各グループのプロキシを決定し、
   （ニ） 上記グルーピングの結果を所定の通信回線を用いて上記複数のモバイル通信端末に伝送し、
   （ホ） その情報を受信した各モバイル通信端末は、各グループの各プロキシを長レンジ通信に設定し、そのプロキシ以外の各モバイル通信端末では単レンジ通信に設定して自身の属するグループのプロキシを介して基地局との通信を行うようにする、
   ことを特徴とする省電力通信システムのための端末間協調方法。
2. 上記グルーピングは、
   （Ａ）各プロキシ端末が、該プロキシ端末に収容されたクライアント端末に提供することができる許容通信スループットを算出し、
   （Ｂ）各プロキシ端末はプロキシ端末毎の処理において、上記許容通信スループットが所定の値を超える場合で、上記許容通信スループットに比較的近い通信デマンドを持つ端末でクライアント端末として未収容の端末がある場合、その端末を優先的に上記プロキシ端末のクライアント端末として収容すると共に上記許容通信スループットから通信デマンド分を減じる処理を繰り返し、
   （Ｃ）上記未収容の端末が無い場合あるいは上記許容通信スループットが所定の値以下になった場合には、各プロキシ端末について、各プロキシ端末と該プロキシ端末のクライアント端末として収容された端末によってグループを形成する、
   なる手続きを含むことを特徴とする請求項１に記載の省電力通信システムのための端末間協調方法。
3. 上記グルーピングは、
   （１）各プロキシ端末が、自身の許容通信スループットとして上記達成可能な最大スループットを割り当て、
   （２）各プロキシ端末について各プロキシ端末の並びで繰り返し順に行う処理において、
   上記許容通信スループットが所定の値以下の場合は（４）に移行し、
   上記許容通信スループットが所定の値以下でない場合で、該プロキシ端末が自身の上記許容通信スループットに最も近い通信デマンドを持つ端末でクライアント端末として未収容の端末がある場合は、その端末を優先的に上記プロキシ端末のクライアント端末として収容して（３）に、上記未収容の端末が無い場合は（４）に移行し、
   （３）各プロキシ端末が、自身の上記最大スループットと収容したクライアント端末の通信デマンドとの差を求めて新たに許容通信スループットとして、（２）に移行し、
   （４）各プロキシ端末について、各プロキシ端末と該プロキシ端末のクライアント端末として収容された端末によってグループを形成する、
   なる手続きを含むことを特徴とする請求項１に記載の省電力通信システムのための端末間協調方法。
4. 上記グルーピングは、
   （１）各モバイル通信端末が自分の最大通信スループットと通信デマンドの差を求めることによって許容通信スループットを計算し、
   （２）上記許容通信スループットが大きいモバイル通信端末から順にプロキシ候補にし、
   （３）上記許容通信スループットが小さいモバイル通信端末から順に上記プロキシ候補に付随するクライアント候補にし、
   （４）選ばれたプロキシ候補がクライアント候補の通信デマンドと自身の通信デマンドの両方を確実に満たし、かつ各々が上記基地局との直接通信でのビット当たりの総消費電力の和に比べて、上記プロキシ候補とクライアント候補による上記構成でのビット当たりの総消費電力が小さくなる場合は（５）へ、そうでなければ（６）へ進み、
   （５）正式なプロキシ端末とクライアント端末に設定し、（７）へ進み、
   （６）クライアント候補端末リストから除外し、（７）へ進み、
   （７）全端末のついての確認が、完了した場合は上記（２）に戻り、完了していない場合は、上記（３）へ戻る、
   なる手続きを順に行って、複数の上記モバイル通信端末を複数のグループに分類し、
   上記複数の少なくとも１つのグループでは、プロキシとなるモバイル通信端末に少なくとも１つのモバイル通信端末が係属する、
   ものであることを特徴とする請求項１に記載の省電力通信システムのための端末間協調方法。
5. 上記基地局は複数あり、上記複数のモバイル通信端末の各々は、上記基地局のいずれか１つに係属するものである場合に行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の省電力通信システムのための端末間協調方法。