JP7151594B2

JP7151594B2 - 無線基地局の設置位置算出方法および設置位置算出装置

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Publication number: JP7151594B2
Application number: JP2019068936A
Authority: JP
Inventors: 俊朗中平; ヒランタアベセカラ; 浩一石原; 崇文林; 泰司鷹取
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: WO2020203229A1; JP2020167631A; US20220150715A1; US11825312B2

Description

本発明は、無線端末局の位置に応じて無線基地局の設置位置を算出する設置位置算出方法および設置位置算出装置に関する。

近年、スマートフォンやタブレットをはじめとする無線端末局の急速な普及に伴い、無線端末局による大容量コンテンツの利用者が増加しており、無線トラヒックが急増している。急増する無線トラヒックを低コストかつ手軽に収容するため、無線システム免許不要帯の電波を用いた高速無線アクセスシステムとして広く普及している、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ規格（非特許文献１）などの活用が今後さらに重要になると考えられる。家庭、オフィスなどのプライベートエリア、および店舗、駅、空港などの公衆エリアなど、様々なエリアにおいて広く無線ＬＡＮネットワークが提供されている。

無線ＬＡＮネットワークの構築においては、無線基地局や配線、電源設備などの施工部分、無線ＬＡＮパラメータ設定などの無線通信部分、無線基地局－スイッチ間やスイッチ－バックホール回線間などのネットワーク部分、および端末認証・ポータル画面などの無線ＬＡＮサービス部分など、様々な要素の組み合わせとなるが、それらのうち、本発明では、施工部分における無線基地局の設置位置に着目する。

一般に、無線通信では電波伝搬によって無線信号が減衰すると無線通信の品質や容量の低下が生じるため、無線基地局と無線端末局との間の距離を短くすることが望ましい。一方で、無線基地局の設置数は機器装置、設置、運用にかかるコスト、および無線の電波干渉等により制約され、設置数には限りがある。そのため、無線ＬＡＮによってカバーするエリアに対し、必要数の無線基地局を適切な場所に設置することが重要となる。また、無線基地局１台で収容可能なトラヒック、端末数にも性能上の制約があり、それも考慮した無線基地局の設置位置の設計が重要となる。

無線基地局の設置位置算出方法には、例えば非特許文献２に記載のものがある。ここでは、エリア内の端末分布の変動に応じて無線基地局の位置を動的に変更する方法として、非特許文献３に記載されているクラスタリング手法（ｋ－ｍｅａｎｓ法）を用いて、無線基地局に無線端末局を収容する方法を提案しており、エリア内の端末位置に応じて、無線基地局の設置位置を算出することが可能となる。

IEEE Std 802.11-2016, Dec. 2016. 新井拓人、五藤大介、岩渕匡史、岩國辰彦、丸田一輝、"オフロード効率改善を実現する適応可動ＡＰシステムの提案"信学技法, RCS2016-43, pp. 107-112, May. 2016. J. Macqueen,"SOME METHODS FOR CLASSIFICATION AND ANALYSIS OF MULTIVARIATE OBSERVATIONS ", Proc. of 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, pp.281-297, 1967.

エリア内の無線端末局の位置に応じて無線基地局の設置位置を算出する場合、従来手法では非特許文献２に示すように、決まった数の無線基地局をどの位置に設置するかを算出することはできた。しかしながら、なるべく少ない無線基地局数で必要な無線端末局を収容する場合に、そもそも何台の無線基地局を設置すればエリア内の無線端末局を収容できるのか、最適な無線基地局台数の算出方法については検討されておらず算出が難しかった。

また、無線基地局を十分な数設置することでくまなくエリアをカバーすることは可能であるが、その場合は余分な無線基地局が設置されることとなり、コストが増大してしまう課題があった。

本発明は、無線端末局の位置に応じて最適な無線基地局の設置台数および設置位置を算出することができる無線基地局の設置位置算出方法および設置位置算出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出方法において、設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する第１のステップと、競合数が小さい未収容の無線端末局から順に収容する無線基地局を順次、設置対象として選択する第２のステップとを有し、設置対象とする無線基地局から設置台数および設置位置を算出する。

第２の発明は、設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出方法において、設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する第１のステップと、無線端末局を全て未収容に設定し、未収容の無線端末局のうち、無線基地局の競合数が最小となる無線端末局を選択する第２のステップと、第２のステップで選択した無線端末局を収容する無線基地局のうち、現時点で未収容で競合数が小さい無線端末局の収容数が最も多い無線基地局を設置対象として選択する第３のステップと、設置対象とした無線基地局が収容する無線端末局のうち、未収容のものをすべて収容済みに設定する第４のステップとを有し、第２のステップから第４のステップまで、未収容の無線端末局がなくなるまで繰り返して第３のステップで設置対象とする無線基地局を選択し、該設置対象とする無線基地局以外の仮設置した無線基地局を除外し、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する。

第２の発明の無線基地局の設置位置算出方法において、第３のステップは、複数の無線基地局における現時点で未収容で競合数が小さい無線基地局の収容数が同じ場合には、収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が多い無線基地局を選択する。また、第３のステップは、さらに収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が同じ場合には、競合数が小さい無線端末局を収容する無線基地局を優先して選択してもよい。

第３の発明は、設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出装置において、設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する競合数算出手段と、競合数が小さい未収容の無線端末局から順に収容する無線基地局を順次、設置対象として選択する設置対象選択処理手段と、設置対象とする無線基地局以外の仮設置した無線基地局を除外し、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する算出手段とを備える。

第４の発明は、設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出装置において、設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する競合数算出手段と、無線端末局を全て未収容に設定し、未収容の無線端末局のうち、無線基地局の競合数が最小となる無線端末局を選択する無線端末局選択手段と、無線端末局選択手段で選択した無線端末局を収容する無線基地局のうち、現時点で未収容で競合数が小さい無線端末局の収容数が最も多い無線基地局を設置対象として選択する設置対象選択手段と、設置対象とした無線基地局が収容する無線端末局のうち、未収容のものをすべて収容済みに設定する収容処理手段と、無線端末局選択手段から収容処理手段まで、未収容の無線端末局がなくなるまで繰り返して設置対象選択手段で設置対象とする無線基地局を選択し、該設置対象とする無線基地局以外の仮設置した無線基地局を除外し、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する算出手段とを備える。

第４の発明の無線基地局の設置位置算出装置において、設置対象選択手段は、複数の無線基地局における現時点で未収容で競合数が小さい無線基地局の収容数が同じ場合には、収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が多い無線基地局を選択する構成である。また、設置対象選択手段は、さらに収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が同じ場合には、競合数が小さい無線端末局を収容する無線基地局を優先して選択してもよい。

本発明によれば、無線基地局を仮想的に高密度に配置した上で、設置エリア内の無線端末局を通信エリア内に収容する無線基地局を算出し、無線基地局の競合数が小さい無線端末局から順に収容する無線基地局を選択していくことにより、設置エリア内の無線端末局を収容するための必要最小限の無線基地局の設置台数および設置位置を算出することができる。

設置エリアにおける無線端末局の設置例を示す図である。設置エリアにおける無線基地局の仮設置例を示す図である。本発明における無線基地局の設置位置算出方法の処理手順例を示すフローチャートである。端末局収容基地局リストの例を示す図である。端末局収容基地局リストにおける端末局ソート結果を示す図である。端末局収容基地局リストにおける基地局ソート結果を示す図である。無線基地局の選択例１を示す図である。無線基地局の選択例２を示す図である。無線基地局の選択例１の結果を示す図である。無線基地局の選択例２の結果を示す図である。

図１は、設置エリアにおける無線端末局の設置例を示す。ここで、設置エリアとは、例えばオフィスビルのワンフロアや展示ホール全体等である。
図１において、設置エリア１０００に、６台の無線端末局２－１～２－６がランダムに設置されている状態を示す。

図２は、設置エリアにおける無線基地局の仮設置例を示す。
図２において、設置エリア１０００に、９台の無線基地局１－１～１－９が均等かつ格子状に仮設置され、各無線基地局がそれぞれ通信エリア１００－１～１００－９を形成している。なお、無線基地局の仮設置台数は任意の数に設定することができ、仮設置方法についても、三角形状の設置やランダム設置など、様々な設置形態をとることができる。

以下、設置エリア１０００の無線端末局２－１～２－６を収容する無線基地局の設置台数および設置位置を最適化するために、仮設置された無線基地局１－１～１－９を選択する手順について説明する。

図３は、本発明における無線基地局の設置位置算出方法の処理手順例を示す。
図３において、無線基地局設置エリア情報および無線端末局情報に基づいて、図面上の設置エリアに無線端末局を表示する（ステップＳ１）。ここで、無線基地局設置エリア情報は、例えば設置エリアの広さ（横，縦，高さ）と、無線環境情報として例えば伝搬減衰情報（２乗減衰）などを含む。無線端末局情報は、例えば無線端末局の番号、無線端末局の設置位置（横，縦，高さの座標）などを含む。この無線基地局設置エリア情報および無線端末局情報に基づいて、図面上の設置エリア１０００に無線端末局２－１～２－６を表示したものが図１である。

次に、無線端末局を表示した設置エリアに、予め定めた数の無線基地局を仮設置し、各無線基地局の通信エリア（無線端末局の収容範囲）を算出する（ステップＳ２）。図面上の設置エリア１０００に９台の無線基地局１－１～１－９を仮設置して各通信エリア１００－１～１００－９を表示したものが図２である。

次に、各無線端末局を通信エリア内に収容している無線基地局を判定し、端末局収容基地局リストを生成する（ステップＳ３）。さらに、全ての無線端末局が１台以上の無線基地局に収容されているかどうかを判定し（ステップＳ４）、いずれの基地局にも収容されていない無線端末局が存在する場合（ステップＳ４のＮｏ）、無線基地局の仮設置数を増加し（ステップＳ５）、ステップＳ２へ戻って端末局収容基地局リストを更新する。

端末局収容基地局リストの例を図４に示す。ここでは、行に無線端末局２－１～２－６、列に無線基地局１－１～１－９を設定し、無線端末局を収容する無線基地局に「○」を付与したリストとなっている。また、最右列には、各無線端末局を収容する無線基地局の競合数を表している。

例えば、無線端末局２－１は、無線基地局１－１，１－２，１－４，１－５に収容され、無線基地局の競合数は４となる。一方、無線端末局２－３は無線基地局１－３のみに収容され、無線基地局の競合数は１（非競合）となる。すなわち、無線基地局１－３は、無線端末局２－３を収容するために必ず設置しなければならない無線基地局であることを意味する。

ステップＳ４の判定により、全ての無線端末局がいずれかの無線基地局に収容されている場合、図４の端末局収容基地局リストの無線端末局に対して、無線基地局の競合数が小さい順に表の行方向の並び替えを行う（ステップＳ６）。このソート結果を図５に示す。さらに、図５の端末局収容基地局リストの無線基地局に対して、無線基地局が収容する無線端末局の中で無線基地局の競合数の最小値が小さい順で、かつ無線基地局の競合数が最小値となる無線端末局が複数あるときに無線基地局が収容する無線端末局の多い順に、表の列方向の並び替えを行う（ステップＳ７）。このソート結果を図６に示す。ただし、この図５および図６に示すソート処理は、各無線端末局を収容する無線基地局の競合数が少ない方から優先的に選択するステップＳ８以下の処理を視覚的に分かりやすくするためであって必須ではないので、省略してステップＳ８に進んでもよい。

全ての無線端末局がいずれかの無線基地局に収容されている場合（ステップＳ４のYes)、無線端末局を全て未収容に設定し（ステップＳ８）、未収容の無線端末局が存在するかどうかを判定し（ステップＳ９）、存在する場合は（ステップＳ９のYes ）、未収容の無線端末局のうち、図４，５，６に示す端末局収容基地局リストの無線基地局の競合数が最小となる無線端末局を選択し（ステップＳ10）、選択した無線端末局を収容する無線基地局のうち、現時点で未収容で競合数が小さい無線端末局の収容数が最も多い無線基地局を選択して設置対象とし（ステップＳ11）、その無線基地局が収容する無線端末局のうち、未収容のものを全て収容済みに設定し（ステップＳ12）、ステップＳ９へ戻る。なお、ステップＳ11において、複数の無線基地局における未収容で競合数が小さい無線端末局の収容数が同じ場合には、収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が多い無線基地局を選択する。さらに、収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が同じ場合には、競合数が小さい無線端末局を収容する方を優先して選択してもよい。

以上のステップＳ９～Ｓ12の処理を繰り返し、未収容の無線端末局が存在しない場合（ステップＳ９のNo）、仮設置状態の無線基地局を全て除外し（ステップＳ13）、設置対象とした無線基地局を残して処理を終了する。この設置対象として残した無線基地局から設置台数および設置位置が判明する。

すなわち、ステップＳ９～Ｓ12の１巡目において、Ｓ10で未収容の無線端末局のうち、無線基地局の競合数が最小（１）となる未収容の無線端末局２－３が１つなのでそれを選択し、Ｓ11で無線端末局２－３を収容する無線基地局１－３を設置対象とし、Ｓ12で無線基地局１－３が収容する無線端末局２－３，２－２を収容済みとする。

次に、ステップＳ９～Ｓ12の２巡目において、Ｓ９，Ｓ10で未収容の無線端末局のうち、無線基地局の競合数が最小（２）となる未収容の無線端末局２－６を選択し、Ｓ11で無線端末局２－６を収容する無線基地局１－４，１－７のうち未収容の無線端末局の収容数が最も多い無線基地局１－４を選択して設置対象とし、Ｓ12で無線基地局１－４が収容する無線端末局の中で未収容の無線端末局２－６，２－１，２－５を収容済みとする。

次に、ステップＳ９～Ｓ12の３巡目において、Ｓ９，Ｓ10で未収容の無線端末局のうち、無線基地局の競合数が最小（３）となる未収容の無線端末局２－４を選択し、Ｓ11で無線端末局２－４を収容する無線基地局１－２，１－５，１－８のうち、未収容で競合数の小さい無線端末局の収容数が最も多く、かつ収容済みも含めた無線端末局の収容数が最も多いのは無線基地局１－２，１－５となり、そのうちのいずれか（ここでは１－５）を選択して設置対象とし、Ｓ12で無線基地局１－５が収容する無線端末局の中で未収容の無線端末局２－４を収容済みとする。

以上により、すべての無線端末局を収容する無線基地局１－３，１－４，１－５が順に選択される。図７には、ステップＳ10で選択される無線端末局を「＊」で示し、ステップＳ12で各無線端末局が収容済みになる様子を「●」で示す。この結果を図９に示す。

なお、３巡目のＳ11において、未収容で競合数の小さい無線端末局の収容数が最も多く、かつ収容済みも含めた無線端末局の収容数が同数となる無線基地局１－２，１－５に対して、それぞれ収容済みの無線端末局を含めて競合数が小さい無線端末局を収容する方を優先するとすれば、無線基地局１－５ではなく無線基地局１－２を選択して設置対象としても、未収容の無線端末局２－４は収容済みとなる。この場合には、すべての無線端末局を収容する無線基地局１－３，１－４，１－２の順に選択される。図８には、ステップＳ10で選択される無線端末局を「＊」で示し、ステップＳ12で各無線端末局が収容済みになる様子を「●」で示す。この結果を図１０に示す。

以上の処理により、無線基地局を仮想的に高密度に設置した上で、設置エリア内の無線端末局をそれぞれ収容する無線基地局を算出し、各無線端末局を収容する無線基地局の競合数の小さい順に無線基地局を選択していくことで、設置エリア内の無線端末局を収容するために必要最小限の無線基地局数および設置位置を算出することができる。

なお、無線基地局が無線端末局を収容可能な通信エリア１００－１～１００－９について、無線通信における受信感度を元に定めることができるほか、所要受信強度や通信品質に応じて柔軟に定めたり、場所や無線基地局に応じて異なる値を定めたりすることができる。これにより、無線基地局の通信エリアを均一に設定するだけでなく、一部通信エリアの品質を高めるような設定も可能となる。

１－１～１－９無線基地局
２－１～２－６無線端末局
１００－１～１００－９通信エリア
１０００設置エリア

Claims

設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出方法において、
前記設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する第１のステップと、
前記競合数が小さい未収容の無線端末局から順に収容する無線基地局を順次選択して設置対象とする第２のステップと
を有し、前記設置対象とする無線基地局以外の仮設置した無線基地局を除外し、前記無線基地局の設置台数および設置位置を算出する
ことを特徴とする無線基地局の設置位置算出方法。
設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出方法において、
前記設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する第１のステップと、
前記無線端末局を全て未収容に設定し、未収容の無線端末局のうち、前記無線基地局の競合数が最小となる無線端末局を選択する第２のステップと、
前記第２のステップで選択した無線端末局を収容する無線基地局のうち、現時点で未収容で競合数が小さい無線端末局の収容数が最も多い無線基地局を設置対象として選択する第３のステップと、
前記設置対象とした無線基地局が収容する無線端末局のうち、未収容のものをすべて収容済みに設定する第４のステップと
を有し、前記第２のステップから前記第４のステップまで、未収容の無線端末局がなくなるまで繰り返して前記第３のステップで設置対象とする無線基地局を選択し、該設置対象とする無線基地局以外の仮設置した無線基地局を除外し、前記無線基地局の設置台数および設置位置を算出する
ことを特徴とする無線基地局の設置位置算出方法。
請求項２に記載の無線基地局の設置位置算出方法において、
前記第３のステップは、複数の無線基地局における現時点で未収容で競合数が小さい無線基地局の収容数が同じ場合には、収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が多い無線基地局を選択する
ことを特徴とする無線基地局の設置位置算出方法。
請求項３に記載の無線基地局の設置位置算出方法において、
前記第３のステップは、さらに収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が同じ場合には、前記競合数が小さい無線端末局を収容する無線基地局を優先して選択する
ことを特徴とする無線基地局の設置位置算出方法。
設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出装置において、
前記設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する競合数算出手段と、
前記競合数が小さい未収容の無線端末局から順に収容する無線基地局を順次、設置対象として選択する設置対象選択処理手段と、
前記設置対象とする無線基地局以外の仮設置した無線基地局を除外し、前記無線基地局の設置台数および設置位置を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする無線基地局の設置位置算出装置。
設置エリア内の無線端末局の位置に応じて、無線基地局の設置台数および設置位置を算出する無線基地局の設置位置算出装置において、
前記設置エリア内に所定数の無線基地局を仮設置したときに、各無線端末局を通信エリアに収容している無線基地局を判定し、各無線端末局を収容する無線基地局の数を「競合数」として算出する競合数算出手段と、
前記無線端末局を全て未収容に設定し、未収容の無線端末局のうち、前記無線基地局の競合数が最小となる無線端末局を選択する無線端末局選択手段と、
前記無線端末局選択手段で選択した無線端末局を収容する無線基地局のうち、現時点で未収容で競合数が小さい無線端末局の収容数が最も多い無線基地局を設置対象として選択する設置対象選択手段と、
前記設置対象とした無線基地局が収容する無線端末局のうち、未収容のものをすべて収容済みに設定する収容処理手段と、
前記無線端末局選択手段から前記収容処理手段まで、未収容の無線端末局がなくなるまで繰り返して前記設置対象選択手段で設置対象とする無線基地局を選択し、該設置対象とする無線基地局以外の仮設置した無線基地局を除外し、前記無線基地局の設置台数および設置位置を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする無線基地局の設置位置算出装置。
請求項６に記載の無線基地局の設置位置算出装置において、
前記設置対象選択手段は、複数の無線基地局における現時点で未収容で競合数が小さい無線基地局の収容数が同じ場合には、収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が多い無線基地局を選択する構成である
ことを特徴とする無線基地局の設置位置算出装置。
請求項７に記載の無線基地局の設置位置算出装置において、
前記設置対象選択手段は、さらに収容済みの無線端末局を含む無線端末局の収容数が同じ場合には、前記競合数が小さい無線端末局を収容する無線基地局を優先して選択する構成である
ことを特徴とする無線基地局の設置位置算出装置。