特許 7654884 通信管理装置、通信管理方法、および通信管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-24

(45)【発行日】2025-04-01

(54)【発明の名称】通信管理装置、通信管理方法、および通信管理システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 72/04 20230101AFI20250325BHJP

   H04W 16/28 20090101ALI20250325BHJP

   H04W 88/12 20090101ALI20250325BHJP

   H04B 7/0413 20170101ALI20250325BHJP

【ＦＩ】

H04W72/04

H04W16/28 130

H04W88/12

H04B7/0413

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024178593

(22)【出願日】2024-10-11

【審査請求日】2024-10-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】397036309

【氏名又は名称】株式会社インターネットイニシアティブ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100195408

【弁理士】

【氏名又は名称】武藤 陽子

(72)【発明者】

【氏名】柿島 純

【審査官】吉倉 大智

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２４－０５４２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】岡本 英二，6Gシステムにおける非線形最適化技術適用の利点とその課題，電子情報通信学会 基礎・境界ソサイエティ Fundamentals Review [online]，17巻, 1号，2023年07月01日，pp. 26-35，［2025年03月11日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.jstage.jst.go.jp/article/essfr/17/1/17_26/_pdf/-char/ja＞，Online ISSN 1882-0875, <DOI: https://doi.org/10.1587/essfr.17.1_26>

【文献】高橋 領 ほか2名，分散アンテナを用いる5G高度化超高密度RANのための干渉と無線リソース適応制御，電子情報通信学会論文誌 B [online]，Vol.J105-B, No.10，2022年10月01日，pp. 726-740，［2025年03月11日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://search.ieice.org/bin/pdf_link.php?category=B&lang=J&year=2022&fname=j105-b_10_726&abst=＞，Online ISSN: 1881-0209, <DOI: 10.14923/transcomj.2021MJI0001>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０４１３

Ｈ０４Ｂ ７／２４－ ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線通信に関する要求が共通に適用される通信端末群ごとに割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式における無線リソースの割当て情報を教師データとして、前記無線通信に関する要求と、前記無線通信に関する要求に対応するための無線リソースの割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習するように構成された学習部と、
前記学習部で構築された学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を複数の前記通信端末群からなる管理対象の複数の通信端末に設定するように構成された設定部と
を備える通信管理装置。

【請求項2】

請求項１に記載の通信管理装置において、
前記無線リソースの割当て情報は、前記ＭＩＭＯ伝送方式で用いられる送受信アンテナ数および周波数帯を含み、
前記周波数帯は、１または複数の周波数帯である
ことを特徴とする通信管理装置。

【請求項3】

請求項１に記載の通信管理装置において、
前記無線通信に関する要求は、前記通信端末群で実行されるアプリケーションの種別に応じて適用される要求である
ことを特徴とする通信管理装置。

【請求項4】

無線通信に関する要求が共通に適用される通信端末群ごとに割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式における無線リソースの割当て情報を教師データとして、前記無線通信に関する要求と、前記無線通信に関する要求に対応するための無線リソースの割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習する学習ステップと、
前記学習ステップで構築された学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を複数の前記通信端末群からなる管理対象の複数の通信端末に設定する設定ステップと
を備える通信管理方法。

【請求項5】

請求項４に記載の通信管理方法において、
前記無線リソースの割当て情報は、前記ＭＩＭＯ伝送方式で用いられる送受信アンテナ数および周波数帯を含み、
前記周波数帯は、１または複数の周波数帯である
ことを特徴とする通信管理方法。

【請求項6】

請求項４に記載の通信管理方法において、
前記無線通信に関する要求は、前記通信端末群で実行されるアプリケーションの種別に応じて適用される要求である
ことを特徴とする通信管理方法。

【請求項7】

請求項４に記載の通信管理方法において、
さらに、前記管理対象の複数の通信端末の各々が、
自端末に適用される前記無線通信に関する要求を取得する第１取得ステップと、
前記設定ステップで設定された前記通信管理情報に含まれる前記学習済み機械学習モデルを取得する第２取得ステップと、
前記第１取得ステップで取得された前記自端末に適用される無線通信に関する要求を未知の入力として前記学習済みの機械学習モデルに与え、前記学習済みの機械学習モデルの演算を行って、前記自端末に割り当てられる、前記無線リソースの割当て情報を出力する演算ステップと、
前記演算ステップで出力された前記無線リソースの割当て情報に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送方式による通信を行う通信管理ステップと
を備える通信管理方法。

【請求項8】

請求項１から３のいずれか１項に記載の通信管理装置と、
前記管理対象の複数の通信端末と
を備える通信管理システムであって、
前記管理対象の複数の通信端末の各々は、
自端末に適用される前記無線通信に関する要求を取得するように構成された第１取得部と、
前記通信管理装置により設定された前記通信管理情報に含まれる前記学習済み機械学習モデルを取得するように構成された第２取得部と、
前記第１取得部で取得された前記自端末に適用される前記無線通信に関する要求を未知の入力として前記学習済みの機械学習モデルに与え、前記学習済みの機械学習モデルの演算を行って、前記自端末に割り当てられる、前記無線リソースの割当て情報を出力するように構成された演算部と、
前記演算部によって出力された前記無線リソースの割当て情報に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送方式による通信を行うように構成された通信管理部と
を備える通信管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通信管理装置、通信管理方法、および通信管理システムに関し、特に、無線リソースの管理技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信で用いられる無線リソースの管理技術が知られている。例えば、特許文献１は、通信端末が有するＭＩＭＯ通信のアンテナ数、周波数帯などの通信能力や、サービス要求を基地局に通知することで、基地局が、通信端末に適切なアンテナ数、周波数帯、要素キャリアを割り当てるＭＩＭＯ通信の無線リソース管理を開示している。

【0003】

特許文献１に記載された技術では、各通信端末と基地局との間で、サービス要求に対する適切な無線リソースの割り当てに関する管理が個別に行われており、その結果、複数の通信端末に対する無線リソース管理は全体として煩雑化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－０６５６５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の技術では、より簡易な構成により、無線通信に関する要求が共通する複数の通信端末ごとに、ＭＩＭＯ通信で用いられる無線リソースの管理を行うことが困難であった。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、より簡易な構成により、無線通信に関する要求が共通する複数の通信端末ごとに、ＭＩＭＯ通信で用いられる無線リソースの管理を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、本発明に係る通信管理装置は、無線通信に関する要求が共通に適用される複数の通信端末に対して割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式における無線リソースの割当て情報を教師データとして、無線通信に関する要求と、前記無線通信に関する要求に対応するための無線リソースの割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習するように構成された学習部と、前記学習部で構築された学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を前記複数の通信端末に設定するように構成された設定部とを備える。

【0008】

また、本発明に係る通信管理装置において、前記無線リソースの割当て情報は、前記ＭＩＭＯ伝送方式で用いられる送受信アンテナ数および周波数帯を含み、前記周波数帯は、１または複数の周波数帯であってもよい。

【0009】

上述した課題を解決するために、本発明に係る通信管理装置は、前記無線通信に関する要求は、前記複数の通信端末で実行されるアプリケーションの種別に応じて適用される要求であってもよい。

【0010】

上述した課題を解決するために、本発明に係る通信管理方法は、無線通信に関する要求が共通に適用される複数の通信端末に対して割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式における無線リソースの割当て情報を教師データとして、無線通信に関する要求と、前記無線通信に関する要求に対応するための無線リソースの割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習する学習ステップと、前記学習ステップで構築された学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を前記複数の通信端末に設定する設定ステップとを備える。

【0011】

また、本発明に係る通信管理方法において、前記無線リソースの割当て情報は、前記ＭＩＭＯ伝送方式で用いられる送受信アンテナ数および周波数帯を含み、前記周波数帯は、１または複数の周波数帯であってもよい。

【0012】

また、本発明に係る通信管理方法において、前記無線通信に関する要求は、前記複数の通信端末で実行されるアプリケーションの種別に応じて適用される要求であってもよい。

【0013】

また、本発明に係る通信管理方法において、前記複数の通信端末の各々が、自端末に適用される前記無線通信に関する要求を取得する第１取得ステップと、前記設定ステップで設定された前記通信管理情報に含まれる前記学習済み機械学習モデルを取得する第２取得ステップと、前記第１取得ステップで取得された前記自端末に適用される無線通信に関する要求を未知の入力として前記学習済みの機械学習モデルに与え、前記学習済みの機械学習モデルの演算を行って、前記自端末に割り当てられる、前記無線リソースの割当て情報を出力する演算ステップと、前記演算ステップで出力された前記無線リソースの割当て情報に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送方式による通信を行う通信管理ステップとを備えていてもよい。

【0014】

上述した課題を解決するために、本発明に係る通信管理システムは、上記の通信管理装置と、前記複数の通信端末とを備える通信管理システムであって、前記複数の通信端末の各々は、自端末に適用される前記無線通信に関する要求を取得するように構成された第１取得部と、前記通信管理装置により設定された前記通信管理情報に含まれる前記学習済み機械学習モデルを取得するように構成された第２取得部と、前記第１取得部で取得された前記自端末に適用される無線通信に関する要求を未知の入力として前記学習済みの機械学習モデルに与え、前記学習済みの機械学習モデルの演算を行って、前記自端末に割り当てられる、前記無線リソースの割当て情報を出力するように構成された演算部と、前記演算部によって出力された前記無線リソースの割当て情報に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送方式による通信を行うように構成された通信管理部とを備える。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、無線通信に関する要求が共通に適用される複数の通信端末に割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式における無線リソースの割当て情報を教師データとして、無線通信に関する要求と、無線通信に関する要求に対応するための無線リソースの割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習する。そのため、より簡易な構成により、無線通信に関する要求が共通する複数の通信端末ごとに、ＭＩＭＯ通信で用いられる無線リソースの管理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る通信管理装置および通信端末を備える通信管理システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本実施の形態に係る通信端末の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、本実施の形態に係る通信管理システムの概要を説明するための図である。

【図4】図４は、本実施の形態に係る通信管理装置の管理テーブルの構成を説明するための図である。

【図5】図５は、本実施の形態に係る通信管理装置が備える学習部の構成を説明するための図である。

【図6】図６は、本実施の形態に係る通信管理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図7】図７は、本実施の形態に係る通信端末のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図8】図８は、本実施の形態に係る通信管理システムの動作を示すシーケンスである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図８を参照して詳細に説明する。

【0018】

［通信管理システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る通信管理装置１および通信端末２を備える通信管理システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る通信管理システムは、５Ｇ無線通信システムに対応する通信管理装置１、通信端末２、基地局３、コアネットワーク４を備える。通信管理システムは、無線通信に関する要求が共通に適用される複数の通信端末２単位で、ＭＩＭＯ伝送方式の無線リソースを管理する。

【0019】

通信管理装置１とコアネットワーク４とは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットなどのネットワークＮＷを介して接続されている。また、基地局３とコアネットワーク４とは、バックホールリンクを介して接続されている。

【0020】

通信端末２は、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータなどのモバイル通信端末、スマートメータ、ウェアラブルデバイス、産業用センサなど５Ｇモバイル通信ネットワークを用いるＩｏＴ端末により実現される。本実施の形態では、通信端末２は、ＳＩＭを備え、さらに、固有のＩＰアドレスを持ちインターネットに接続することができる。本実施の形態では、通信端末２は、複数のアンテナ２０８を備え、基地局３との間でＭＩＭＯ通信を行う。

【0021】

通信端末２は、複数台存在し、各通信端末２には無線通信に関する要求が適用される。無線通信に関する要求は、通信端末２で実行されるアプリケーションの種別に応じて適用される要求を含む。例えば、スマートメータなどは、低消費電力が要求されるが、広帯域である必要はなく、必要な場合にのみ低遅延が要求される。一方、映像配信などのストリーミングメディアでは、広帯域、低遅延、かつ、安定した高スループット等が要求される。各通信端末２には、それぞれのアプリケーションやサービスの要求に応じた最適なＭＩＭＯ通信のアンテナ数や周波数帯が割り当てられることが無線リソースの効率的な利用につながる。

【0022】

本実施の形態では、無線通信に関する要求が共通する複数の通信端末２ごとに、通信端末２をグループ化して最適な無線リソースを管理する。図１に示すように、グループ１として、ＩＰアドレスがＩＰ０１～ＩＰ０ｎのｎ台の通信端末２がグループ化されている。これらの通信端末２は、アプリケーションやサービスで要求される、帯域幅や遅延などの要求が共通する端末群である。また、図１の例では、無線通信に関する要求が共通するグループが、ｍ個（ｍは１以上の整数）設定されている。なお、通信端末２の機能ブロックおよびハードウェア構成についての詳細は後述する。

【0023】

基地局３は、５Ｇ方式に対応した無線基地局で構成され、在圏する通信端末２とコアネットワーク４との間の通信を中継する。基地局３は、例えば、バスを介して接続されるプロセッサ、主記憶装置、通信インターフェース、補助記憶装置、入出力Ｉ／Ｏを備えるコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。

【0024】

基地局３は、さらに、複数のアンテナを備え、ＭＩＭＯ通信により、通信端末２と無線通信を行う。また、本実施の形態では、通信端末２に対して割り当てられたＭＩＭＯ通信のアンテナ数および周波数帯に基づいて、ＭＩＭＯ通信を実現する。基地局３は、チャネル状態に応じて周波数と時間のより詳細なリソース管理を行い、通信端末２と連携して、複数のデータストリームを同時に送受信するＭＩＭＯ通信を実現する。

【0025】

コアネットワーク４は、通信端末２がモバイル通信ネットワークに接続する際の認証、およびその接続を管理する。また、コアネットワーク４は、通信端末２が、割り当てられた無線リソースを利用して、図示されないユーザプレーン機能（ＵＰＦ）を介してインターネット等のデータネットワークに接続し、データ通信を行うためのデータセッションの開始、維持や終了を制御する。

【0026】

図３は、本実施の形態に係る通信管理システムの概要を説明するための図である。図３は、無線リソースが時間軸と周波数軸とで定義された二次元平面、および空間軸（アンテナ数）を示している。無線リソースは、図３に示すように、さらに、タイムスロットとサブキャリアとで構成されるリソースブロックに分割されている。例えば、送信アンテナが２つ、および受信アンテナが２つの２×２のＭＩＭＯが構成されている場合、図３の空間軸に沿って空間ストリームｓ_１、ｓ_２が設けられる。なお、図３では説明の簡単のため、送受信のアンテナ数が空間ストリーム数と一致するものとし、空間ストリームｓ_１、ｓ_２は、２×２のＭＩＭＯ構成における２本のアンテナを表す。

【0027】

通信管理システムは、通信端末２に対して、通信端末２に適用される無線通信に関する要求に適したアンテナ数Ｎ（Ｎは、１以上の正の整数）、および１または複数の周波数帯を割り当てる。例えば、４×４のＭＩＭＯ構成におけるアンテナ数Ｎ＝４、周波数帯ｆ_１およびｆ_３が割り当てられると、通信端末２と基地局３とは、それぞれ４つのアンテナを使って、周波数帯ｆ_１およびｆ_３で４つのデータストリームを並行して送受信する。

【0028】

［通信管理装置の機能ブロック］
図１に示すように、通信管理装置１は、第３取得部１０、グループ管理部１１、第１記憶部１２、学習部１３、第２記憶部１４、および設定部１５を備える。

【0029】

第３取得部１０は、同じアンテナ数や周波数帯を使う通信端末２をグループ分けするためのグループ化基準として、無線通信に関する要求を取得する。第３取得部１０は、複数の通信端末２がそれぞれ実行するアプリケーションの種別をグループ化基準として取得することができる。第３取得部１０は、例えば、管理者によるグループ化基準の入力を受け付けて取得する。

【0030】

グループ管理部１１は、第３取得部１０によって取得された無線通信に関する要求の情報に、グループＩＤを割り当ててグループ化情報を作成し、さらに、複数の通信端末２のグループ化を行う。グループ管理部１１は、例えば、アプリケーションの種別ごとに、グループＩＤを割り当ててグループ化情報を作成することができる。

【0031】

グループ管理部１１は、無線通信に関する要求についての情報と、通信端末２のＩＰアドレスとを、コアネットワーク４を介して管理対象の各通信端末２から取得する。そして、グループ管理部１１は、複数の通信端末２のＩＰアドレスの各々に対して、グループ化情報に基づいてグループＩＤを発行する。

【0032】

図４は、グループ管理部１１によって管理される管理テーブル１１０の構成を示す。まず、グループ管理部１１は、管理テーブル１１０の「アプリケーション種別」に対して割り当てられた「グループＩＤ」の情報をグループ化情報として格納している。そして、例えば、通信端末２による「アプリケーション１」の起動に応じて、専用アプリケーション内で、無線通信に関する要求「アプリケーション１」を示す情報が生成され、通信端末２のＩＰアドレス「ＩＰ０１」とともに、通信管理装置１へ送信される。この場合、グループ管理部１１は、通信端末２から受信した「アプリケーション１」を示す情報に基づいて、通信端末２のＩＰアドレス「ＩＰ０１」に対してグループＩＤ「１」を発行する。

【0033】

第１記憶部１２は、管理テーブル１１０を記憶する。

【0034】

学習部１３は、無線通信に関する要求が共通に適用される複数の通信端末２に割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式における無線リソースの割当て情報を教師データとして、無線通信に関する要求と、無線通信に関する要求に対応するための無線リソースの割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習する。無線リソースの割当て情報は、ＭＩＭＯ通信のアンテナ数と周波数帯である。

【0035】

学習部１３は、複数のグループＩＤの各々に正解ラベルが付された教師データのセットを用いて、各グループＩＤの無線通信に関する要求に対応するためのアンテナ数および周波数帯を、機械学習モデルにより学習する。

【0036】

図５は、学習部１３が学習を行う機械学習モデルの一例として採用する、ニューラルネットワーク構造を示す。ニューラルネットワークは、入力層ｘ、隠れ層ｈ、および出力層ｙを備える。入力層ｘの入力ノードには、グループ管理部１１によって通信端末２に発行されたグループＩＤの値が与えられる。通信端末２が実行するアプリケーションに応じて、各通信端末２には異なるグループＩＤが与えられており、また、グループＩＤごとに共通のＭＩＭＯ通信のアンテナ数および周波数帯が割り当てられる。グループＩＤごとに割り当てられるアンテナ数および周波数帯は、グループＩＤに紐づけられているアプリケーションの要求に対応するための最適なアンテナ数および周波数帯である。したがって、グループＩＤと、グループＩＤが共通の複数の通信端末２に割り当てるアンテナ数および周波数帯との間には相関を見出すことができる。

【0037】

出力層ｙの各出力ノードｙ_１～ｙ_Ｎ、ｏ_１～ｏ_Ｍは、入力値であるグループＩＤの値に対するニューラルネットワークの予測値である。出力ノードｙ_１～ｙ_Ｎは、アンテナ数の予測値を出力する。出力ノードｙ_１～ｙ_Ｎのインデックス１～Ｎは、アンテナ数を表す。出力ノードｏ_１～ｏ_Ｍは、周波数帯の予測値を出力する。出力ノードｏ_１～ｏ_Ｍのインデックス１～Ｍは、周波数帯ｆ_１～ｆ_Ｍに対応する（Ｍ≦ｋ）。具体的には、出力ノードｙ_１～ｙ_Ｎの送受信アンテナ数の予測値として、送受信アンテナ数Ｎ＝２本の場合、（ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３，・・・，ｙ_Ｎ）＝（０，１，０，・・・，０）との予測値が出力される。

【0038】

前述したように、本実施の形態では、１または複数の周波数帯がグループＩＤを共通とする通信端末２に割り当て可能であるため、出力ノードｏ_１～ｏ_Ｍは、複数の予測出力値が「１」の値をとる場合がある。例えば、周波数帯ｆ_１およびｆ_３が割り当てられる場合には、（ｏ_１，ｏ_２，ｏ_３，・・・，ｏ_Ｍ）＝（１，０，１，・・・，０）との予測値が出力される。

【0039】

学習部１３は、次の式（１）に示す目的関数Ｅを導入することで、通信端末２のグループＩＤに対するニューラルネットワークモデルからのアンテナ数と周波数帯との予測値が、教師データの正解ラベルの値となるように、ニューラルネットワークモデルのパラメータを学習する。教師データの正解ラベルは、グループＩＤに対して付与された最適なアンテナ数と周波数帯の値である。

【0040】

【数1】

【0041】

上式（１）において、ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｎ，ｏ_１，ｏ_２，・・・，ｏ_Ｍは各出力ノードの予測出力値を示す。また、Ｙ_１，Ｙ_２，・・・，Ｙ_Ｎ，Ｏ_１，Ｏ_２，・・・，Ｏ_Ｍは教師データの正解ラベルであり、別途事前に用意される。学習部１３は、上式（１）の目的関数Ｅが最小、つまり０となるように、ニューラルネットワークの重みパラメータを調整する。学習部１３は、誤差逆伝播法などを用いて、目的関数Ｅを最適化することができる。

【0042】

第２記憶部１４は、学習部１３によって構築された学習済みの機械学習モデルを記憶する。

【0043】

設定部１５は、学習部１３で構築された学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を通信端末２に設定する。具体的には、設定部１５は、管理対象の通信端末２に対して、ネットワークＮＷを介して通信管理情報を送信し、設定することができる。

【0044】

［通信端末の機能ブロック］
次に、通信端末２の構成について、図２のブロック図を参照して説明する。図２に示すように、通信端末２は、第３記憶部２０、第１取得部２１、第２取得部２２、演算部２３、および通信管理部２４を備える。複数の通信端末２の各々は、同一の構成を有する。

【0045】

第３記憶部２０は、通信管理装置１の設定部１５によって設定された通信管理情報を記憶する。

【0046】

第１取得部２１は、自端末に適用される無線通信に関する要求を取得する。具体的には、第１取得部２１は、通信管理装置１のグループ管理部１１によって発行された、自端末のグループＩＤを、通信管理装置１から取得することができる。

【0047】

第２取得部２２は、通信管理装置１により設定された通信管理情報に含まれる学習済みの機械学習モデルを取得する。具体的には、第２取得部２２は、第３記憶部２０に記憶された学習済みの機械学習モデルを読み出す。

【0048】

演算部２３は、第１取得部２１で取得された自端末に適用される無線通信に関する要求を未知の入力として学習済みの機械学習モデルに与え、学習済みの機械学習モデルの演算を行って、自端末に割り当てられる、無線リソースの割当て情報を出力する。より詳細には、演算部２３は、第１取得部２１で取得された自端末のグループＩＤを、学習済みの機械学習モデルに与え、演算を行って最適なアンテナ数と周波数帯とを出力する。

【0049】

通信管理部２４は、演算部２３によって出力された無線リソースの割当て情報に基づいて、ＭＩＭＯ伝送方式による通信を行う。より具体的には、通信管理部２４は、自端末に割り当てられたアンテナ数と周波数帯とに基づいて、チャネル状態情報を取得し、基地局３に送信する。基地局３は、チャネル状態情報に応じて無線リソースの割り当てを最適化する。通信管理部２４は、割り当てられたアンテナ数のアンテナ２０８を利用し、基地局３との間でＭＩＭＯ通信を確立する。

【0050】

［通信管理装置のハードウェア構成］
次に、上述した機能を有する通信管理装置１を実現するハードウェア構成の一例について、図６を用いて説明する。

【0051】

図６に示すように、通信管理装置１は、例えば、バス１０１を介して接続されるプロセッサ１０２、主記憶装置１０３、通信インターフェース１０４、補助記憶装置１０５、入出力Ｉ／Ｏ１０６を備えるコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。さらに、通信管理装置１は、バス１０１を介して接続される表示装置１０７を備えることができる。

【0052】

プロセッサ１０２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどによって実現される。

【0053】

主記憶装置１０３には、プロセッサ１０２が各種制御や演算を行うためのプログラムが予め格納されている。プロセッサ１０２と主記憶装置１０３とによって、図１に示した第３取得部１０、グループ管理部１１、学習部１３、設定部１５など通信管理装置１の各機能が実現される。

【0054】

通信インターフェース１０４は、通信管理装置１と各種外部電子機器との間をネットワーク接続するためのインターフェース回路である。

【0055】

補助記憶装置１０５は、読み書き可能な記憶媒体と、その記憶媒体に対してプログラムやデータなどの各種情報を読み書きするための駆動装置とで構成されている。補助記憶装置１０５には、記憶媒体としてハードディスクやフラッシュメモリなどの半導体メモリを使用することができる。

【0056】

補助記憶装置１０５は、通信管理装置１が実行する通信管理プログラムを格納するプログラム格納領域を有する。また、通信管理装置１が実行する機械学習プログラムを格納するプログラム格納領域を有する。また、補助記憶装置１０５は、無線リソースに関する情報を格納する領域を有する。補助記憶装置１０５によって、図１で説明した第１記憶部１２、第２記憶部１４が実現される。さらには、例えば、上述したデータやプログラムなどをバックアップするためのバックアップ領域などを有していてもよい。

【0057】

入出力Ｉ／Ｏ１０６は、外部機器からの信号を入力したり、外部機器へ信号を出力したりする入出力装置である。

【0058】

表示装置１０７は、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイなどによって構成される。表示装置１０７は、グループ化された複数の通信端末２の管理情報を表示させることができる。

【0059】

［通信端末のハードウェア構成］
次に、上述した機能を有する通信端末２を実現するハードウェア構成の一例について、図７を用いて説明する。

【0060】

図７に示すように、通信端末２は、バス２０１を介して接続されるプロセッサ２０２、主記憶装置２０３、通信インターフェース２０４、補助記憶装置２０５、入出力Ｉ／Ｏ２０６を備えるコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。さらに、通信端末２は、バス２０１を介して接続される表示装置２０７、アンテナ２０８を備えることができる。

【0061】

主記憶装置２０３には、プロセッサ２０２が各種制御や演算を行うためのプログラムが予め格納されている。プロセッサ２０２と主記憶装置２０３とによって、図２に示した第１取得部２１、第２取得部２２、演算部２３、通信管理部２４など通信端末２の各機能が実現される。

【0062】

補助記憶装置２０５は、通信端末２が実行する演算プログラムを格納するプログラム格納領域を有する。また、通信端末２が実行する通信管理プログラムを格納するプログラム格納領域を有する。補助記憶装置２０５によって、図２で説明した第３記憶部２０が実現される。さらには、例えば、上述したデータやプログラムなどをバックアップするためのバックアップ領域などを有していてもよい。

【0063】

［通信管理システムの動作］
次に、上述した構成を有する通信管理システムの動作を、図８のシーケンスを参照して説明する。

【0064】

まず、第３取得部１０は、通信端末２に対して共通の送受信アンテナ数および周波数帯を割り当てるための、グループ化基準を取得する（ステップＳ１）。第３取得部１０は、通信端末２で実行されるアプリケーションの種別をグループ化基準として取得することができる。さらに、グループ管理部１１は、アプリケーションの種別ごとにグループＩＤを割り当てて、管理テーブル１１０に記憶する。

【0065】

次に、学習部１３は、教師データを用意する（ステップＳ２）。教師データは、グループＩＤごとに、アンテナ数および周波数帯が正解ラベルとして付与されたデータである。学習部１３は、外部で事前に設計された教師データを通信インターフェース１０４から受け付けることができる。

【0066】

続いて、学習部１３は、ステップＳ２で得られた教師データを用いて、無線通信に関する要求を示すグループＩＤと、無線通信に関する要求に対応するためのアンテナ数および周波数帯の割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習する（ステップＳ３）。学習部１３は、ステップＳ３で、複数のグループＩＤの各々についての教師データを用いて、各グループＩＤの無線通信に関する要求に対応するためのアンテナ数および周波数帯を、機械学習モデルにより学習する。

【0067】

学習部１３は、例えば、図５で示したニューラルネットワーク構造のモデルを機械学習モデルとして採用し、上式（１）で表される目的関数Ｅが最小、つまり０となるように、ニューラルネットワークの重みパラメータを調整する。学習部１３は、誤差逆伝播法などを用いて、目的関数を勾配法で最適化することができる。学習部１３によって構築された学習済みの機械学習モデルは、第１記憶部１２に記憶される（ステップＳ４）。

【0068】

その後、グループ管理部１１は、管理対象の通信端末２に対してプッシュ通知により、起動したアプリケーションの種別および通信端末２のＩＰアドレスを送信する指示を行う（ステップＳ５）。例えば、通信端末２のアプリケーションの起動などをトリガーとしてプッシュ通知を送信することができる。

【0069】

続いて、通信端末２は、ステップＳ５での指示に応じて、自端末のＩＰアドレス（ＩＰ０１）、および起動したアプリケーションの種別（アプリケーション１）を通信管理装置１に通知する（ステップＳ６）。通信端末２は、通信管理の専用アプリケーション内で、ステップＳ６の処理を行う。その後、通信管理装置１のグループ管理部１１は、管理テーブル１１０のグループ化情報を参照し、受信したアプリケーションの種別に基づいて、通信端末２のＩＰアドレスに対してグループＩＤを発行する（ステップＳ７）。図８の例では、グループＩＤ「１」が発行される。

【0070】

次に、通信管理装置１の設定部１５は、ステップＳ３の学習処理で構築された学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を通信端末２に設定する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、通信管理情報を、ネットワークＮＷを介して通信端末２に送信する。

【0071】

その後、通信端末２の第３記憶部２０は、通信管理情報に含まれる学習済みの機械学習モデルを記憶する（ステップＳ９）。次に、通信端末２の第１取得部２１は、第３記憶部２０から学習済みの機械学習モデルをロードすることで、学習済みの機械学習モデルを取得する（ステップＳ１０）。次に、第２取得部２２は、自端末のグループＩＤを取得する（ステップＳ１１）。具体的には、ステップＳ７で通信管理装置１から受信したグループＩＤを取得する。

【0072】

次に、演算部２３は、ステップＳ１１で取得した自端末のグループＩＤを未知の入力として学習済みの機械学習モデルに与え、学習済みの機械学習モデルの演算を行って、自端末に割り当てられる、ＭＩＭＯ通信のアンテナ数および周波数帯の割当て情報を出力する（ステップＳ１２）。

【0073】

その後、通信管理部２４は、ステップＳ１２で出力されたアンテナ数および周波数帯の割当て情報に基づいて、ＭＩＭＯ通信を行う（ステップＳ１３）。通信管理部２４は、ステップＳ１３で、自端末に割り当てられたアンテナ数と周波数帯とに基づいてチャネル状態情報を取得し、基地局３に送信する。チャネル状態情報に応じて基地局３は無線リソースの割り当てを最適化する。そして、通信管理部２４は、割り当てられたアンテナ数のアンテナ２０８を利用し、基地局３との間でＭＩＭＯ通信を確立する。

【0074】

グループＩＤが「１」の、他の管理対象の複数の通信端末２（ＩＰ０２～ＩＰ０ｎ）についても同様に、それぞれステップＳ９からステップＳ１３までの処理を行う。また、グループＩＤが異なる他の複数の通信端末２についても、同様に、それぞれステップＳ９からステップＳ１３までの処理を行う。

【0075】

以上説明したように、本実施の形態に係る通信管理装置１によれば、無線通信に関する要求が共通に適用される複数の通信端末２に割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式におけるアンテナ数および周波数帯の割当て情報を教師データとして、無線通信に関する要求と、無線通信に関する要求に対応するためのアンテナ数および周波数帯の割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習する。そのため、より簡易な構成により、無線通信に関する要求が共通する複数の通信端末２ごとに、ＭＩＭＯ通信で用いる無線リソースの管理を行うことができる。

【0076】

また、本実施の形態に係る通信管理システムによれば、通信管理装置１が、学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を、ネットワークＮＷを介して通信端末２に設定する。そのため、複数の通信端末２のＭＩＭＯ通信の制御および管理を一元的に行うことができる。

【0077】

なお、説明した実施の形態では、機械学習モデルとして、ニューラルネットワークモデルを例示した。しかし、機械学習モデルは、ニューラルネットワーク以外にも、ロジスティック回帰、ランダムフォレスト、決定木等、さらにニューラルネットワークを多層化したディープラーニングを用いてもよい。

【0078】

また、上述の実施の形態では、５Ｇに準拠する通信管理システムである場合を例示したが、ＬＴＥや６Ｇに準拠する通信管理システムであってもよい。

【0079】

以上、本発明の通信管理装置、通信管理方法、および通信管理システムにおける実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。

【符号の説明】

【0080】

１…通信管理装置、１０…第３取得部、１１…グループ管理部、１２…第１記憶部、１３…学習部、１４…第２記憶部、１５…設定部、２…通信端末、３…基地局、４…コアネットワーク、１０１、２０１…バス、１０２、２０２…プロセッサ、１０３、２０３…主記憶装置、１０４、２０４…通信インターフェース、１０５、２０５…補助記憶装置、１０６、２０６…入出力Ｉ／Ｏ、１０７、２０７…表示装置、２０８…アンテナ、ＮＷ…ネットワーク。

【要約】

【課題】より簡易な構成により、無線通信に関する要求が共通する複数の通信端末ごとに、ＭＩＭＯ通信で用いられる無線リソースの管理を行うことを目的とする。
【解決手段】
無線通信に関する要求が共通に適用される複数の通信端末２に対して割り当てる、ＭＩＭＯ伝送方式における無線リソースの割当て情報を教師データとして、無線通信に関する要求と、無線通信に関する要求に対応するための無線リソースの割当て情報との関係を、機械学習モデルを用いて学習するように構成された学習部１３と、学習部１３で構築された学習済みの機械学習モデルを含む通信管理情報を複数の通信端末２に設定するように構成された設定部１５とを備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】