特開 2023-114863 無線通信方法、無線通信システム、及び無線端末

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023114863

(43)【公開日】2023-08-18

(54)【発明の名称】無線通信方法、無線通信システム、及び無線端末

(51)【国際特許分類】

   H04W 28/16 20090101AFI20230810BHJP

   H04W 74/08 20090101ALI20230810BHJP

   H04W 84/06 20090101ALI20230810BHJP

   H04B 7/15 20060101ALI20230810BHJP

【ＦＩ】

H04W28/16

H04W74/08

H04W84/06

H04B7/15

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022017419

(22)【出願日】2022-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松井 宗大

(72)【発明者】

【氏名】山下 史洋

(72)【発明者】

【氏名】糸川 喜代彦

(72)【発明者】

【氏名】五藤 大介

(72)【発明者】

【氏名】岡田 啓

(72)【発明者】

【氏名】熊澤 完介

【テーマコード（参考）】

5K067

5K072

【Ｆターム（参考）】

5K067AA13

5K067BB27

5K067DD11

5K067EE02

5K067EE07

5K067JJ12

5K072AA12

5K072AA15

5K072AA29

5K072BB02

5K072BB13

5K072BB22

5K072BB25

5K072CC25

5K072DD03

5K072DD11

5K072DD16

5K072EE02

(57)【要約】

【課題】１つの無線通信装置に接続する無線端末の数が増加しても、システム全体の通信容量低下を軽減する。
【解決手段】複数の無線端末が複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線通信方法において、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出する算出工程と、算出した結果を示すデータを無線端末それぞれに対して送信する送信工程と、送信されたデータを無線端末それぞれが受信する受信工程と、無線端末それぞれが受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する制御工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の無線端末が複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線通信方法において、
複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出する算出工程と、
算出した結果を示すデータを前記無線端末それぞれに対して送信する送信工程と、
送信されたデータを前記無線端末それぞれが受信する受信工程と、
前記無線端末それぞれが受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する制御工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。

【請求項2】

前記無線端末それぞれが利用可能な無線チャネルを示す情報を取得するチャネル情報取得工程をさらに含み、
前記算出工程では、
前記チャネル情報取得工程で取得した情報に基づいて、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出すること
を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。

【請求項3】

複数の無線チャネルそれぞれのトラヒック量を推定するトラヒック量推定工程をさらに含み、
前記算出工程では、
前記トラヒック量推定工程で推定したトラフィック量に基づいて、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。

【請求項4】

複数の無線チャネルそれぞれの利用率を測定するチャネル利用率測定工程をさらに含み、
前記トラヒック量推定工程では、
前記チャネル利用率測定工程で推定した利用率に基づいて、複数の無線チャネルそれぞれのトラヒック量を推定すること
を特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。

【請求項5】

複数の無線チャネルそれぞれのスループットを測定するスループット測定工程をさらに含み、
前記トラヒック量推定工程では、
前記スループット測定工程で測定したスループットに基づいて、複数の無線チャネルそれぞれのトラヒック量を推定すること
を特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。

【請求項6】

複数の無線端末が複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線通信システムにおいて、
複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出する算出部と、
前記算出部が算出した結果を示すデータを前記無線端末それぞれに対して送信する送信部と
を備え、
前記無線端末それぞれは、
前記送信部が送信したデータを受信する受信部と、
前記受信部が受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する制御部と
を有することを特徴とする無線通信システム。

【請求項7】

前記無線端末それぞれは、
利用可能な無線チャネルを示す情報を取得するチャネル情報取得部をさらに有し、
前記算出部は、
前記チャネル情報取得部が取得した情報に基づいて、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出すること
を特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。

【請求項8】

複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線端末において、
複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出した結果を示すデータを受信する受信部と、
前記受信部が受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する制御部と
を有することを特徴とする無線端末。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信方法、無線通信システム、及び無線端末に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、モノとの通信を行うＩｏＴサービスが発展している。ＩｏＴ端末（無線端末）は、無線通信装置を搭載することにより、無線通信を用いてインターネットに接続することができ、遠隔監視やテレメタリングなど様々なサービスが期待されている。

【0003】

無線通信規格には、例えば無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｈ）や、ＬＴＥなどの既存モバイル通信システムの他、低消費電力が特徴であるＬＰＷＡなどがある。ＬＰＷＡには、アンライセンスバンドを使う規格として、ＳｉｇｆｏｘやＬｏＲａＷＡＮ、ＥＬＴＲＥＳなどが策定されている。また、ライセンスバンドを使う規格としてＬＴＥ－ＭやＮＢ－ＩｏＴがある。

【0004】

また、無線通信装置として低軌道衛星を使った衛星通信サービスが注目されている。衛星通信サービスでは、複数の通信衛星が高度数百ｋｍ～２０００ｋｍの軌道に投入され、地上の無線端末は、これら通信衛星に接続することにより、高速な通信を行うことができる。

【0005】

例えば、Ｏｎｅｗｅｂ社やＳｐａｃｅＸ社は、多数の通信衛星を打ち上げて通信サービスを開始している。また、これらを組み合わせて低軌道衛星を用いるＩｏＴサービスが検討されている。

【0006】

例えば、ＩｏＴ端末は、低軌道衛星に接続し、低軌道衛星を介してインターネットに接続する。そして、低軌道衛星を用いるＩｏＴサービスは、地上ネットワークが整備されていない山間部などの僻地の他や、地上ネットワークの電波が届かない海上や空中エリアにおいて、ＩｏＴサービスを提供するシステムとして有望である。例えば、Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ社は、低軌道衛星を用いて衛星ＩｏＴサービスを提供している。

【0007】

低軌道衛星を用いるＩｏＴ端末は、例えば複数の無線チャネルを使って低軌道衛星にパケットを送信する。また、複数のＩｏＴ端末が無線チャネルを使ってパケットを送信するために、ＴＤＭＡやＦＤＭＡなどのアクセス方式が用いられる。

【0008】

ＴＤＭＡやＦＤＭＡのアクセス方式を用いる場合、例えばシステム側の制御装置が制御を行い、各ＩｏＴ端末に対してパケットを送信するための時間や周波数などのリソースを割り当てる。また、ＩｏＴ端末が自律的に制御を行うアクセス方式として、Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ方式がある。さらに、非特許文献１には、ＡＬＯＨＡシステムの特性を改善する方法として、送信トラヒックの制御を行う方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０００－２９９６９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上述したＡＬＯＨＡシステムの特性を改善する方法などでは、衛星に接続する無線端末が多くなると、システム全体としての通信容量が低下してしまうことがある。

【0011】

本発明は、１つの無線通信装置に接続する無線端末の数が増加しても、システム全体の通信容量低下を軽減することができる無線通信方法、無線通信システム、及び無線端末を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一態様にかかる無線通信方法は、複数の無線端末が複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線通信方法において、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出する算出工程と、算出した結果を示すデータを前記無線端末それぞれに対して送信する送信工程と、送信されたデータを前記無線端末それぞれが受信する受信工程と、前記無線端末それぞれが受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する制御工程とを含むことを特徴とする。

【0013】

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、複数の無線端末が複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線通信システムにおいて、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出する算出部と、前記算出部が算出した結果を示すデータを前記無線端末それぞれに対して送信する送信部とを備え、前記無線端末それぞれは、前記送信部が送信したデータを受信する受信部と、前記受信部が受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する制御部とを有することを特徴とする。

【0014】

また、本発明の一態様にかかる無線端末は、複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線端末において、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値及び利用ウエイトの少なくともいずれかを算出した結果を示すデータを受信する受信部と、前記受信部が受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する制御部とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、１つの無線通信装置に接続する無線端末の数が増加しても、システム全体の通信容量低下を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】無線通信システムの第１構成例を示す図である。

【図2】Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡによる通信を概念的に示す図である。

【図3】無線端末のスループット特性を示す図である。

【図4】無線通信システムの第２構成例を示す図である。

【図5】無線端末が有する機能を例示する機能ブロック図である。

【図6】衛星が有する機能を例示する機能ブロック図である。

【図7】制御装置が有する機能を例示する機能ブロック図である。

【図8】無線通信システムの第１動作例を示すフローチャートである。

【図9】無線通信システムにおける複数の無線端末の配置を例示する図である。

【図10】各無線端末の利用可能チャネルを例示する図である。

【図11】無線チャネルを選択する選択率を例示する図である。

【図12】無線通信システムの第２動作例を示すフローチャートである。

【図13】無線通信システムに対するシミュレーションによるスループット特性を示すグラフである。

【図14】図１３に示したシミュレーションにおけるシミュレーションパラメータを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、図面を用いて無線通信システムの構成について説明する。図１は、無線通信システムの第１構成例を示す図である。図１に示すように、無線通信システムの第１構成例（無線通信システム１）は、例えば２台の無線端末２－１～２－ｎ、衛星３、地上基地局１０、及びサーバ１２を備え、地上基地局１０とサーバ１２とがネットワーク１００を介して接続されている。なお、無線端末２－１～２－ｎのように複数ある構成のいずれかを特定しない場合には、単に無線端末２などと略記する。

【0018】

無線端末２は、地上に位置して衛星３と無線通信を行う衛星ＩｏＴ端末であり、衛星に対してＩｏＴデータを格納したパケットを送信する。このパケットは、衛星３及び地上基地局１０を介してサーバ１２へ送信される。

【0019】

サーバ１２は、ＩｏＴアプリケーションサーバであり、各種のＩｏＴサービスに必要なデータ加工、解析、及びデータクレンジングなどの処理を行う。

【0020】

無線端末２それぞれは、複数の無線チャネルのいずれかを用いて衛星３へパケットを送信する。このとき、サーバ１２が無線端末２それぞれに対してパケットを送信するための時間や周波数などのリソースを割り当てる集中的なアクセス制御の他に、無線端末２が自律的に制御を行うアクセス方式として、Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ方式がある。

【0021】

図２は、Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡによる通信を概念的に示す図である。複数の無線チャネルは、複数の時間スロットによって区切られている。無線端末２は、ランダムにスロットを選択し、選択したスロットによってパケットを送信する。

【0022】

図２に示した例では、無線端末２－１がｔ０～ｔ１の間にｃｈ２のスロット、無線端末２－２がｔ１～ｔ２の間にｃｈ１のスロット、無線端末２－３がｔ２～ｔ３の間にｃｈ３のスロットを選択し、パケットを送信する。このように、Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ方式は、サーバ１２による制御が不要であるため、ＩｏＴサービスのように非常に多くの無線端末２が接続し、無線端末当たりの送信トラヒックが少ない無線通信システム１などに適している。

【0023】

しかしながら、低軌道衛星などを使ったＩｏＴサービスでは、衛星３が地表においてカバーするエリアが広大であるために、多数の無線端末２が衛星に接続する。無線端末２の数が多くなると、複数の無線端末２の間の干渉によって通信に障害が発生し、無線通信システム１の通信容量が低下することがある。

【0024】

Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ方式では、接続する無線端末２の数が増加すると、通信容量も増加するが、無線端末２の数が所定数に達すると通信容量が急激に低下することがある。これは、複数の無線端末２が同一のスロットを選択してパケットを送信する確率が上がり、干渉によってパケットの受信ができなくなるためである。無線通信システム１全体の通信容量が低下すると、ＩｏＴサービスに支障をきたすこととなる。

【0025】

各スロットあたりのパケット数ｋの分布をポアソン分布と仮定し、Ｇをスロット当たりの正規化トラヒック量とすると、各スロットでパケット数ｋが存在する確率は、下式（１）に示したようになる。

【0026】

【数1】

【0027】

また、各スロットでチャネルが利用されている割合（チャネル利用率）は、下式（２）に示したようになる。

【0028】

【数2】

【0029】

また、スループットは、下式（３）に示したようになる。

【0030】

【数3】

【0031】

図３は、無線端末２のスループット特性を示す図である。無線端末２のスループットは、Ｇ＝１の時に最大となり、Ｇが１より大きくなるとパケット衝突によって低下する。

【0032】

ＡＬＯＨＡシステムの特性を改善するために、無線端末２ごとに独立してパケットを送信できる時間帯と送信できない時間帯を設定することにより、送信トラヒック量を調整する方法がある。

【0033】

しかしながら、この手法では、Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡの特性に基づいた送信トラヒック量の調整を行うことは想定されておらず、最適な送信トラヒック量の調整を行うことはできない。また、無線通信システム１が複数のチャネルを利用可能なＩｏＴシステムである場合、無線端末２による最適なチャネル選択を行うことはできず、システム全体としての通信容量を最大化することはできない。

【0034】

図４は、無線通信システムの第２構成例を示す図である。図４に示すように、無線通信システムの第２構成例（無線通信システム１ａ）は、例えばｎ台の無線端末２ａ－１～２ａ－ｎ、衛星３ａ、地上基地局１０、サーバ１２、及び制御装置４を備え、地上基地局１０とサーバ１２とがネットワーク１００を介して接続されている。無線通信システム１ａは、複数の無線端末２ａが複数の無線チャネルからランダムに選択したタイムスロットによりパケットを送信する無線通信システムである。

【0035】

無線端末２ａは、ＩｏＴサービスとして測定やセンシングなどを行い、得られたＩｏＴ情報をパケットにして無線通信により衛星３ａへ送信する。また、無線端末２ａは、利用可能なチャネル情報をパケットにして衛星３ａへ送信する。

【0036】

衛星３ａは、無線端末２ａから送信されたパケットを地上基地局１０へ中継する。また、衛星３ａは、制御装置４から通知された、各無線チャネルの利用ウエイトや送信トラヒックの制限値を、ブロードキャストにより各無線端末２ａへ通知する。なお、利用ウエイト及び送信トラヒック量の制限値の詳細については後述する。

【0037】

地上基地局１０は、衛星３ａを経由して伝送されたパケットを受信し、制御装置４及びサーバ１２へ伝送する。例えば、地上基地局１０は、利用可能なチャネル情報のパケットを制御装置４へ伝送する。

【0038】

サーバ１２は、各無線端末２ａから伝送されたデータを用いてデータ加工、解析、データクレンジングなどの処理を行う。

【0039】

制御装置４は、各無線端末２ａから伝送された利用可能なチャネル情報に基づいて、各無線チャネルの利用ウエイトや送信トラヒック制限値を算出する。

【0040】

なお、無線通信システム１ａは、各無線チャネルの利用ウエイト及び送信トラヒックの制限値の算出を定期的に行う。無線端末２ａは、上記の利用ウエイト及び送信トラヒックの制限値に基づいて、パケットを送信するチャネルの選択及び送信トラヒック量を決定し、パケットの送信処理を行う。

【0041】

次に、無線通信システム１ａを構成する各装置の具体的な構成例を図５～７を用いて説明する。

【0042】

図５は、無線端末２ａが有する機能を例示する機能ブロック図である。図５に示すように、無線端末２ａは、受信部２０、制御部２２、及び送信部２４を有する。

【0043】

受信部２０は、衛星３が送信するデータを受信し、制御部２２に対して出力する。

【0044】

制御部２２は、チャネル情報取得部２２０、チャネル選択部２２２、リスト作成部２２４、及びトラヒック制御部２２６を有し、無線端末２ａを構成する各部を制御する。

【0045】

チャネル情報取得部２２０は、受信部２０が受信したデータに基づいて、利用可能な無線チャネルを示す情報を取得する。チャネル選択部２２２は、受信部２０が受信したデータに基づいて、使用可能な無線チャネル、及び使用する無線チャネルを選択する。リスト作成部２２４は、チャネル選択部２２２が選択した無線チャネルをリスト化する。トラヒック制御部２２６は、受信部２０が受信したデータに基づいて、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御する。

【0046】

送信部２４は、制御部２２が出力したデータを衛星３に対して送信する。

【0047】

図６は、衛星３ａが有する機能を例示する機能ブロック図である。図６に示すように、衛星３ａは、受信部３０、測定部３２、増幅部３４、及び送信部３６を有する。

【0048】

受信部３０は、無線端末２ａ又は地上基地局１０が送信するデータを受信し、測定部３２及び増幅部３４に対して出力する。

【0049】

測定部３２は、複数の無線チャネルのチャネル利用率を測定し、測定結果を受信部３０に対して出力する。

【0050】

増幅部３４は、受信部３０が出力したデータを増幅させて送信部３６へ出力する。

【0051】

送信部３６は、増幅部３４が増幅させたデータを無線端末２ａ又は地上基地局１０へ送信する。

【0052】

図７は、制御装置４が有する機能を例示する機能ブロック図である。図７に示すように、制御装置４は、受信部４０、制御処理部４２、及び送信部４４を有する。

【0053】

受信部４０は、地上基地局１０が衛星３ａから受信したデータを、ネットワーク１００を介して受信する。

【0054】

制御処理部４２は、スループット測定部４２０、チャネル利用率測定部４２１、トラヒック量推定部４２２、リスト作成部４２３、及び算出部５を有し、制御装置４を構成する各部を制御する。

【0055】

スループット測定部４２０は、複数の無線チャネルそれぞれのスループットを測定する。チャネル利用率測定部４２１は、複数の無線チャネルそれぞれの利用率を測定する。トラヒック量推定部４２２は、スループット測定部４２０が測定したスループット、及びチャネル利用率測定部４２１が測定した利用率の少なくともいずれかに基づいて、複数の無線チャネルそれぞれのトラヒック量を推定する。リスト作成部４２３は、例えば使用可能な無線チャネル、及び使用する無線チャネルをリスト化する。

【0056】

算出部５は、利用ウエイト算出部５０及び制限値算出部５２を有する。

【0057】

利用ウエイト算出部５０は、無線端末２ａのチャネル情報取得部２２０が取得した情報、及びトラヒック量推定部４２２が推定したトラフィック量の少なくともいずれかに基づいて、複数の無線チャネルそれぞれに対する利用ウエイト算出する。なお、利用ウエイトの詳細については後述する。

【0058】

制限値算出部５２は、無線端末２ａのチャネル情報取得部２２０が取得した情報、及びトラヒック量推定部４２２が推定したトラフィック量の少なくともいずれかに基づいて、複数の無線チャネルそれぞれに対する送信トラヒック量の制限値を算出する。なお、送信トラヒック量の制限値の詳細については後述する。

【0059】

送信部４４は、算出部５が算出した結果を示すデータなどの制御処理部４２が処理したデータを、ネットワーク１００及び地上基地局１０を介して衛星３ａへ送信する。

【0060】

次に、無線通信システム１ａの第１動作例について説明する。図８は、無線通信システム１ａの第１動作例を示すフローチャートである。図８に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、例えば各無線端末２ａは、データ送信に利用可能なチャネルリスト（無線チャネルのリスト）を、衛星３ａを介して制御装置４へ送付する。

【0061】

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、制御装置４は、各衛星３ａから受信したチャネルリストに基づいて、各チャネル（無線チャネル）の利用ウエイトを算出する。

【0062】

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、制御装置４は、各チャネルの送信トラヒック量の制限値を算出する。

【0063】

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、制御装置４は、各無線端末２に算出した利用ウエイト及び送信トラヒック量の制限値を報知する。

【0064】

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、各無線端末２は、使用するチャネルの選択、及び送信トラヒックを制御して無線通信を行う。

【0065】

無線通信システム１ａの動作の具体例について説明する。図９は、無線通信システム１ａにおける複数の無線端末２ａの配置を例示する図である。ここでは、ＩｏＴサービス用の無線チャネルは４つであるとする。また、無線端末２ａは、地上のネットワークを利用しているＩｏＴサービスへの干渉を防ぐために、地上のネットワークに接続されている他の無線端末２ａが利用しているチャネルを利用不可とする。

【0066】

また、ここでは２つサービスエリアＡ，Ｂに対して８台の無線端末２ａが配置されているとする。サービスエリアＡには、２台の無線端末２ａが収容され、サービスエリアＢにも２台の無線端末２ａが収容されている。

【0067】

また、サービスエリアＡではチャネル２ｃｈ，３ｃｈ，４ｃｈが利用されており、サービスエリアＢではチャネル１ｃｈ，３ｃｈ，４ｃｈが利用されている。このときの各無線端末２ａの利用可能チャネルは、図１０に示されている。

【0068】

各無線端末２ａは、衛星３ａを介して定期的に利用可能な無線チャネルを示す情報を制御装置４へ送信する。制御装置４は、各無線端末２ａから送信された利用可能なチャネルの情報を収集し、グループ毎に分類する。

【0069】

例えば、１ｃｈのみ利用可能な無線端末２ａをグループ１、２ｃｈのみ利用可能な無線端末２ａをグループ２、全チャネル（１ｃｈ，２ｃｈ，３ｃｈ，４ｃｈ）を利用可能な無線端末２ａをグループ３とする。

【0070】

ここで、各グループｘの生成トラヒック量をｇｘ、各グループにおいて利用可能なチャネルのベクトルをC_xとし、Cx=(c_x1, c_x2, c_x3, c_x4)と定義する。

【0071】

c_xjは、ｘグループにおいてｊchを利用可能な場合は１とし、利用不可の場合は０とする。各グループの生成トラヒック量は無線端末２ａの数と等しいとする。このとき、グループ１，２，３に対応するｇ_x及びＣ_xは以下のようになる。

【0072】

g₁=2, g₂=2, g₃=4
C₁=(1,0,0,0)、C₂=(0,1,0,0)、 C₃=(1,1,1,1)

【0073】

次に、制御装置４は、各無線チャネルの利用ウエイトを算出する。利用ウエイト行列として、W=(w₁, w₂, w₃, w₄)を定義する。ここでw_jは、jchの利用ウエイトを示す。

【0074】

利用ウエイト算出部５０は、下式（４）を満たすように利用ウエイト行列Wを算出する。

【0075】

【数4】

【0076】

mはグループの数、Nは全端末数、Cはチャネル数である。ここでは、m=3, N=8, C=4とする。また、Tは転置を表す。

【0077】

上式（４）により、ウエイトWは、以下のように算出される。
W=(0.001, 0.001, 1, 1)

【0078】

ただし、w₁及びw₂は限りなく0に近い数値として、0.001としている。

【0079】

また、無線端末２ａは、制限値算出部５２が送信トラヒック量の制限値を算出する。利用ウエイトを用いた後の各無線チャネルの送信トラヒック量をGとする。利用ウエイトを用いると、各チャネルの送信トラヒック量は均一化され、下式（５）のように算出される。

【0080】

【数5】

【0081】

また、無線チャネルの送信トラヒック量の制限値Trを下式（６）のように定義する。

【0082】

【数6】

【0083】

ここでは、各無線チャネルに接続される無線端末２ａの数の平均が２台となるため、
制限値Tr=1/2と算出される。

【0084】

制御装置４は、各無線チャネルの利用ウエイト行列及び送信トラヒック量の制限値を算出した後、算出結果を無線端末２ａへ報知する。すなわち、制御装置４は、W及びTrを各無線端末２ａに対してブロードキャスト送信する。

【0085】

無線端末２ａは、各無線チャネルの利用ウエイト行列及び送信トラヒック量の制限値の情報を受信した後、無線チャネル選択及び、送信トラヒックの制御を行う。各無線チャネルの選択率は下式（７）によって計算される。

【0086】

【数7】

【0087】

なお、上式（７）の分母は下式（８）～（１０）のように算出される。

【0088】

【数8】

【0089】

【数9】

【0090】

【数10】

【0091】

各グループにおいて、各無線チャネルを選択する選択率は、図１１のように示される。グループ１に所属の無線端末２ａ－１，２ａ－２は、１chを選択し、送信トラヒック量を１／２に制限して送信処理を行う。このとき、無線端末２ａ－１，２ａ－２は、送信トラヒック量の制限は、送信機会を１／２に減らす制御を行う。

【0092】

例えば、無線端末２ａは、データの送信時に０及び１の乱数をランダムに発生させ、０が出た場合には送信を中止し、１が出た場合に送信を行う制御を行う。同様に、グループ２に所属の無線端末２ａ－７，２ａ－８は、２chを選択して送信トラヒック量を１／２に制限し、送信処理を行う。

【0093】

グループ３に所属の２ａ－３～２ａ－６は、各無線チャネルの利用ウエイトに基づいて各無線チャネルを選択し、送信トラヒック量を１／２に制限して送信処理を行う。

【0094】

このように、無線通信システム１ａは、複数の無線チャネル間でトラヒック量を分散し、かつトラヒック量を調整して、各無線チャネルのスループットが最大になるように送信制御を行うことができる。

【0095】

次に、無線通信システム１ａの第２動作例について説明する。無線通信システム１ａの第２動作例では、制御装置４は、各無線端末２ａからの利用可能な無線チャネルの情報を用いないこととする。

【0096】

図１２は、無線通信システム１ａの第２動作例を示すフローチャートである。図１２に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、例えば衛星３ａは、各無線チャネルのチャネル利用率を測定し、測定結果を制御装置４へ送信する。

【0097】

ステップ２０２（Ｓ２０２）において、制御装置４は、各衛星３ａから受信したチャネル利用率に基づいて、各チャネル（無線チャネル）の利用ウエイトを算出する。

【0098】

ステップ２０４（Ｓ２０４）において、制御装置４は、各チャネルの送信トラヒック量の制限値を算出する。

【0099】

ステップ２０６（Ｓ２０６）において、制御装置４は、各無線端末２に算出した利用ウエイト及び送信トラヒック量の制限値を報知する。

【0100】

ステップ２０８（Ｓ２０８）において、各無線端末２は、使用するチャネルの選択、及び送信トラヒックを制御して無線通信を行う。そして、無線通信システム１ａは、定期的にＳ２００～Ｓ２０８の処理を繰り返す。

【0101】

ここでは、図９と同様に複数の無線端末２ａが配置され、無線チャネルは４つあるとする。また、各無線端末２ａの利用可能な無線チャネルも図１０と同様とする。また、無線端末２ａは、地上ネットワークに接続されているＩｏＴサービスへの干渉を防ぐために、地上ネットワーク接続されている他の無線端末２ａが利用しているチャネルを利用不可とする。

【0102】

制御装置４は、定期的に各無線チャネルのチャネル利用率を測定する。制御装置４は、衛星３ａが測定したチャネルjのチャネル利用率u_jから、下式（１１）に基づいて、各無線チャネルjの送信トラヒック量G_jを推定する。

【0103】

【数11】

【0104】

次に、制御装置４は、チャネルjにおける利用ウエイトw_jを算出する。制御装置４は、ウエイトをチャネル利用率の測定タイミングに合わせて遂次更新していく。例えば、制御装置４は、チャネルjにおける、時点kの利用ウエイトを、下式（１２）に基づいて算出する。

【0105】

【数12】

【0106】

次に、制御装置４は、送信トラヒック量の制限値を算出する。また、制御装置４は、各無線チャネルにおける利用ウエイトと同様に、送信トラヒック量の制限値も遂次更新していく。まず、制御装置４は、下式（１３）により正規化トラヒックの推定値を算出する。

【0107】

【数13】

【0108】

ここで、Cはチャネル数である。制御装置４は、推定した正規化トラヒック値に基づいて各無線チャネルの送信トラヒック量の制限値Trを下式（１４）により算出する。

【0109】

【数14】

【0110】

制御装置４は、各無線チャネルの利用ウエイト及び送信トラヒック量制限値の算出後、算出した情報を衛星３ａへ通知する。衛星３ａは、通知された情報を各無線端末２ａに対してブロードキャスト送信する。

【0111】

無線端末２ａは、報知された情報に基づいて、無線チャネルの選択、及び送信トラヒックの制限を行う。

【0112】

そして、無線通信システム１ａは、上述した処理を繰り返すことにより、各無線チャネルの利用ウエイト及び送信トラヒック量制限値の更新を行い、各無線チャネルの利用ウエイト及び送信トラヒック量制限値を最適な値にする。

【0113】

次に、無線通信システム１ａの第３動作例について説明する。無線通信システム１ａの第２動作例では、各無線チャネルjのトラヒック量G_jを、測定したチャネル利用率から推定したが、無線通信システム１ａの第３動作例では、無線チャネル利用率とスループット値を組み合わせてトラヒック量を推定する。制御装置４は、測定されたチャネルjのスループット値をTh_jとすると、下式（１５）に基づいて各無線チャネルjのトラヒック量Gjを算出する。

【0114】

【数15】

【0115】

その後、制御装置４は、第２動作例と同様に、各無線チャネルの利用チャネルウエイトや送信トラヒック量制限値を算出する。

【0116】

このように、無線通信システム１ａは、使用する無線チャネルの選択、及び送信トラヒック量の少なくともいずれかを制御するので、１つの衛星３ａなどに接続する無線端末の数が増加しても、システム全体の通信容量低下を軽減することができる。

【0117】

すなわち、無線通信システム１ａは、Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡの特性に基づいたチャネル選択及び送信トラヒック制御を行うことができ、接続する無線端末２ａの過多によって生じる通信容量の低下の影響を軽減し、最大のシステム容量を達成することができる。

【0118】

図１３は、無線通信システム１ａに対するシミュレーションによるスループット特性を示すグラフである。Gはスロット当たりの生成トラヒック量（正規化）である。ここでは、半数の無線端末２ａが半数の無線チャネルを利用可能としている。図１４は、図１３に示したシミュレーションにおけるシミュレーションパラメータを示す図である。

【0119】

図１３に示すように、無線チャネルの利用ウエイト算出・制御がない場合に対して、チャネル利用のウエイト算出・制御を行った場合には、スループットが改善されていることが分かる。また、送信トラヒック制限を行うことにより、送信トラヒック量が増加した場合でも送信が抑制され、スループットが最大に保たれている。なお、無線通信システム１ａが送信トラヒック量の制御を行った場合、無線端末２ａが送信するトラヒック量は生成（潜在送信）トラヒック量であり、送信制限のために全トラヒックが送信されているとは限らない。

【0120】

なお、無線端末２ａ、衛星３ａ、及び制御装置４がそれぞれ有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。

【0121】

例えば、無線端末２ａ、衛星３ａ、及び制御装置４は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0122】

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明してきたが、上述の実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明が上述の実施形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で、構成要素の追加、省略、置換、その他の変更が行われてもよい。

【符号の説明】

【0123】

１，１ａ・・・無線通信システム、２，２ａ・・・無線端末、３，３ａ・・・衛星、４・・・制御装置、５・・・算出部、１０・・・地上基地局、１２・・・サーバ、２０・・・受信部、２２・・・制御部、２４・・・送信部、３０・・・受信部、３２・・・測定部、３４・・・増幅部、３６・・・送信部、４０・・・受信部、４２・・・制御処理部、４４・・・送信部、５０・・・利用ウエイト算出部、５２・・・制限値算出部、２２０・・・チャネル情報取得部、２２２・・・チャネル選択部、２２４・・・リスト作成部、２２６・・・トラヒック制御部、４２０・・・スループット測定部、４２１・・・チャネル利用率測定部、４２２・・・トラヒック量推定部、４２３・・・リスト作成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】