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2007

年度成果報告書：

ZEAL

の通信性能評価

九州産業大学情報科学部 田中 康一郎

九州産業大学情報科学部 児玉 泰樹 

九州産業大学情報科学部 吉田 智昭 

九州産業大学情報科学部 石井 北斗 

九州産業大学情報科学部 大野 晴雄 

九州産業大学情報科学部 山川 由樹子

九州産業大学情報科学部 安武 芳紘 

1

はじめに

本報告書では，2007 年度に九州産業大学で行われ た ZEAL の通信性能評価について結果について報告 する．評価対象は，ZEAL-Z1 と ZEAL-C01 の双方 であるが，主として新型の ZEAL-C01 を用いた評価 に注力した．測定環境は，大きく分けて 2 つに対し て行った．一つが，ZEAL 間の通信性能評価であり， もう一つが ZEAL と Bluetooth を搭載したスマート フォン1である． 以下 2 章では今回評価した環境について紹介し，3 章では ZEAL 間の通信性能評価，4 章と 5 章ではス マートフォンとの通信性能評価を示し，最後に簡単 にまとめる．

2

評価環境

ZEALは開発キットを使うことで簡単に利用する ことができる．開発キットには，ZEAL の他に，PC のシリアル・インタフェースに接続できるシリアル セット PC 接続アダプタ2とケーブルが用意されてお り，それらを用いることで一般的な PC の RS-232C を経由して Bluetooth 通信ができる．今回の通信性 能評価では，この開発キットを使用した． PCには，DELL 製の OptiPlex GX280 を用いた． 表 1 にその仕様を示す． 一方スマートフォンとの評価には，2 機種を用い た．一つはスマートフォンと同等の性能を持つ HP iPAQ rx4240（以下，rx4240）であり，もう一つが NOKIA 6680（以下，6680）である3．rx4240 は，OS

1_{同 等 性 能 の 携 帯 情 報 端 末 (Personal Digital Assistant:} PDA) も含む．

2_{USB セット PC 接続アダプタも用意されているが今回は利} 用していない．

3_{これら以外にも，TOSHIBA X01T，SHARP W-ZERO03} で通信できることを確認している．

表 1: OptiPlex GX280 の仕様

CPU Intel Pentium 4 (3GHz)

Memory 1GB

OS Windows Vista Business (32-bit)

として Microsoft Windows Mobile 5.0 を搭載してお

り，Microsoft Visual C# 20054などを使ってプログ ラミングすることが可能である．他方 6680 は，OS と して Symbian OS を搭載しており，C++や Python などのプログラミング言語でアプリケーションを開 発することができる．これらは，日本国内で販売さ れている通常の携帯電話と異なり，プログラミング するための情報が公開されているため，今回の評価 対象に選定した．

3 ZEAL

間の通信評価環境

3.1 通信プログラム

ZEAL間の通信性能評価を行うために，通信プログ ラムを作成した．プログラミング言語には，Microsoft Visual C# 2005を用い，マイクロソフトから提供さ れている.NET Framework 2.05を利用してプログラ ムを作成した [1]． 図 1 に今回開発した通信プログラムを示す．この 通信プログラムには，ターミナルソフトのように文 字を表示する機能とファイル転送機能を備えた．ま た通信時の時間を表示できる機能を備えており，そ の結果を用いて通信バンド幅を測定することも可能 である． 4_{2008 年 3 月現在，我々は Visual C# 2008 を使用している．} 5_{現在は，.NET Framework 3.5 を使用している．}

図 1: 通信プログラム

3.2 有線通信による PC 間の通信性能

ZEALでの評価に先立ち，シリアルケーブルによ る PC 間の通信性能評価を行った．ここで測定され た結果は，ZEAL で行う PC 間の通信性能評価の最 大性能となる．測定では，データサイズとして 1 バ イトから 1M バイトまでを対象とし，５回測定した 値の平均を結果とした．測定における開始時間は受 信側の PC にデータが届いた時間とし，終了時間は 受信したデータを全て PC の HDD へ書き込んだ時 間とした．したがって，本評価結果は純粋な通信時 間よりも若干の長くなっていることが予想できる． ボーレートに関しては，9,600 bps（ZEAL のデフォ ルト），57,600 bps，115,200 bps（PC の最大）の 3 つを選択した． 図 2 に有線通信で行った PC 間の通信バンド幅，図 3に有線通信で行った PC のボーレートに対する通信 性能比，図 4 に有線通信で行った PC 間の通信時間 を示す．シリアル通信では，データ以外にスタート ビットとストップビットを含むため，理想値はボー レートの 80%になる．これらの結果から，まず 9,600 bpsでは，8 バイトといった小さいデータサイズに おいても安定した通信ができていることがわかる． 次に 57,600 bps では，データサイズが小さいときは 理想値より通信性能が劣るものの 4k バイト以上で は，ほぼ理想値に近い通信バンド幅を示すことがわ かった．最後に最も通信速度の速い 115,200 bps で は，57,600 bps と比べると若干高い通信バンド幅を 示すが，理想値にはほど遠い性能しか発揮できないこ とが確認できた．以降この結果を基準に，ZEAL-Z1 と ZEAL-C01 の通信性能評価を行った．

3.3 ZEAL-Z1 による PC 間の通信性能

図 5 に ZEAL-Z1 による PC 間の通信バンド幅，図 6に ZEAL-Z1 による PC のボーレートに対する通 信性能比，図 7 に ZEAL-Z1 による PC 間の通信時 間を示す．9,600 bps と 57,600 bps では，ZEAL-Z1 と有線通信はほぼ同等の通信バンド幅を示したこと から，通信バンド幅の観点から有線通信を無線通信 に変更することは可能であることが確認できた．一 方 115,200 bps では，原因は不明であるが 16k バイ ト以上のデータを転送する際に，データをロストす る現象が確認された．バンド幅という観点において は，115,200bps においても有線と同等の性能が得ら れた．

3.4 ZEAL-C01 による PC 間の通信性能

図 8 に ZEAL-C01 による PC 間の通信バンド幅， 図 9 に ZEAL-C01 による PC のボーレートに対す る通信性能比，図 10 に ZEAL-C01 による PC 間の 通信時間を示す．ZEAL-C01 と有線通信よりも若干 の性能低下が確認できたもののその差は大きくない ため，通信バンド幅の観点から有線通信を無線通信 に変更することは可能であることが確認できた．一 方 115,200 bps では，ZEAL-Z1 で生じた原因不明の データロストは，一切確認されなかった．

3.5 まとめ

本章では，ZEAL 間の通信性能評価に関する報告 を行った．ZEAL-Z1 に関しては，9,600 bps，57,600 bps共に有線通信と同等の性能を示した．ただし 115,200 bpsに関しては，転送のデータサイズが 16k バイト を超えるとデータロストが生じていた．一方 ZEAL-C01に関しては，今回評価したボーレート全てに対 して安定した通信が確認できた．

0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unica tio n B andw idth (bps)

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) 図 2: PC 間の通信バンド幅（有線通信） 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k512k 1M Perform ance

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) 図 3: PC 間の通信性能比（有線通信） 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1,024 2,048 4,096 8,192 16,384 32,768 65,536 131,072 262,144 524,288 1,048,576 2,097,152 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Com m u nication Tim e (m sec)

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) 図 4: PC 間の通信時間（有線通信） 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unica tion B andw idth (bps)

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) Z1(9,600bps) Z1(57,600bps) Z1(115,200bps) 図 5: ZEAL-Z1 間の通信バンド幅 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k512k 1M Perfo rm ance

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) Z1(9,600bps) Z1(57,600bps) Z1(115,200bps) 図 6: ZEAL-Z1 間の通信性能比 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1,024 2,048 4,096 8,192 16,384 32,768 65,536 131,072 262,144 524,288 1,048,576 2,097,152 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Com m u nication Tim e (m sec)

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) Z1(9,600bps) Z1(57,600bps) Z1(115,200bps)

0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unica tio n B andw idth (bps)

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) Z1(9,600bps) Z1(57,600bps) Z1(115,200bps) 図 8: ZEAL-C01 間の通信バンド幅 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k512k 1M Perform ance

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) Z1(9,600bps) Z1(57,600bps) Z1(115,200bps) 図 9: ZEAL-C01 間の通信性能比 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1,024 2,048 4,096 8,192 16,384 32,768 65,536 131,072 262,144 524,288 1,048,576 2,097,152 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unication Tim e (m sec)

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PC (9,600bps) PC (57,600bps) PC (115,200bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) Z1(9,600bps) Z1(57,600bps) Z1(115,200bps)

4 ZEAL-C01

と

rx4240

間の通信

評価環境

4.1 rx4240 のための通信プログラム

図 11 に rx4240 の外観を表 2 に rx4240 の仕様を 示す．rx4240 は，OS として Windows Mobile 5.0 を 搭載しているため，Visual C# 2005 で簡単にアプ リケーションを開発することができる．そこで，2 章で紹介した通信プログラムと同等のものを rx4240 向けに開発した [2]．フレームワークとして，.NET Compact Framework 2.06を用いた． 図 11: HP iPAQ rx4240

4.2 rx4240 から ZEAL-C01 までの通信

性能評価

図 12 に rx4240 から ZEAL-C01 までの通信バンド 幅，図 13 に rx4240 から ZEAL-C01 までのボーレー

6_{現在は，.NET Compact Framework 3.5 を使用している．}

表 2: HP iPAQ rx4240 の仕様

CPU Samsung SC32442 (400MHz)

Memory 64MB(RAM), 128MB(ROM)

OS Windows Mobile 5.0

Bluetooth v2.0+EDR (Power Class 2)

トに対する通信性能比，図 14 に rx4240 から ZEAL-C01までの通信時間を示す．この結果から，rx4240 が送信する場合は，ZEAL-C01 と同等であることが 確認できた．115,200 bps での性能評価がない理由 は，rx4240 ではボーレートが 64,000 bps までしが 選択できなかったためである．

4.3 ZEAL-C01 から rx4240 までの通信

性能評価

図 15 に ZEAL-C01 から rx4202 までの通信バン ド幅，図 16 に ZEAL-C01 から rx4240 までのボー レートに対する通信性能比，図 17 に ZEAL-C01 か ら rx4240 までの通信時間を示す．ZEAL-C01 から rx4240までの通信は ZEAL-C01 間と大きく変わらな かったが，逆の通信では ZEAL-C01 よりも高い通信 バンド幅が確認された．この理由は，rx4240 のボー レートにあった．Windows Mobile 向けのプログラ ムでは，ボーレートの指定はするものの，そのボー レート以上の通信が可能であることが確認された．そ のため，rx4240 が送信する場合は，受信側の ZEAL-C01のボーレートが制約となり，そのボーレート以 上の通信バンド幅を示すことはなかったが，rx4240 が受信の場合，受信側にボーレートの制約がなくな るために，小さいデータサイズではバッファリング によって理論値以上の通信バンド幅が測定されたり， 大きいデータサイズではオーバヘッドが最小となり， ZEAL-C01を超える通信バンド幅性能を示すものと 考えられる．

4.4 まとめ

本章では，ZEAL-C01 と rx4240 の通信性能評価に ついて述べた．rx4240 で指定していたボーレートが 有効でないため，rx4240 が受信の場合は ZEAL-C01 の場合と比較して高い通信バンド幅が得られた．

0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unica tion B andw idth (bps)

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4240 to C01 (9,600bps) 4240 to C01 (57,600bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 図 12: rx4240 から ZEAL-C01 までの通信バンド幅 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k 512k 1M Perfo rm ance

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4240 to C01 (9,600bps) 4240 to C01 (57,600bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 図 13: rx4240 から ZEAL-C01 までの通信性能比 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1,024 2,048 4,096 8,192 16,384 32,768 65,536 131,072 262,144 524,288 1,048,576 2,097,152 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Com m u ni cation T im e (m sec)

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4240 to C01 (9,600bps) 4240 to C01 (57,600bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 図 14: rx4240 から ZEAL-C01 までの通信時間 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unica tion B andw idth (bps)

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C01 to 4240 (9,600bps) C01 to 4240 (57,600bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 図 15: ZEAL-C01 から rx4240 までの通信バンド幅 0% 50% 100% 150% 200% 250% 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k512k 1M Perfo rm ance

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C01 to 4240 (9,600bps) C01 to 4240 (57,600bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 図 16: ZEAL-C01 から rx4240 までの通信性能比 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1,024 2,048 4,096 8,192 16,384 32,768 65,536 131,072 262,144 524,288 1,048,576 2,097,152 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Com m u ni cation T im e (m sec)

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C01 to 4240 (9,600bps) C01 to 4240 (57,600bps) C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps)

5 ZEAL-C01

と

6680

間の通信評

価環境

5.1 6680 のための通信プログラム

図 18 に 6680 の外観を表 3 に 6680 の仕様を示す． 66807は，OS として Symbian OS を搭載している ため，C++言語や Python 言語で簡単にアプリケー ションを開発することができる [3]． そのうち本研究では, プログラミング記述がより容 易である Python 言語を用いた．Python 言語では，

Bluetooth通信を記述する際に，Windows Mobile

のようにシリアル通信として記述するのではなく， ネットワーク通信のソケットとして定義する．その ため Windows Mobile のようなボーレートの指定は Pythonでは不要である． 図 18: NOKIA 6680 7_{国内において，この携帯は SoftBank と NTT DoCoMo で} 利用できる． 表 3: NOKIA 6680 の仕様

CPU RISC CPU based on ARM-9 (220MHz)

Memory 8MB OS Symbian OS v8.0a Bluetooth v1.2

5.2 6680 から ZEAL-C01 までの通信性

能評価

図 19 に 6680 から ZEAL-C01 までの通信バンド 幅，図 20 に 6680 から ZEAL-C01 までのボーレー トに対する通信性能比，図 21 に 6680 から ZEAL-C01までの通信時間を示す．この結果から，6680 は Bluetoothのバージョンが 1.2 ではあるが，送信する 場合は，ZEAL-C01 や rx4240 と同等であることが 確認できた．

5.3 ZEAL-C01 から 6680 までの通信性

能評価

図 22 に ZEAL-C01 から 6680 までの通信バンド 幅，図 23 に ZEAL-C01 から 6680 までのボーレート に対する通信性能比，図 24 に ZEAL-C01 から 6680 までの通信時間を示す．6680 でも，rx4240 ほどでは ないものの，4.3 節で述べた理由から ZEAL-C01 よ りも高い通信バンド幅が確認された．

5.4 まとめ

本章では，ZEAL-C01 と 6680 の通信性能評価に ついて述べた．6680 でソケットプログラムとして Bluetooth通信を記述するため受信におけるボーレー トの制約がない．そのため，6680 が受信の場合は ZEAL-C01の場合と比較して高い通信バンド幅が得 られた．

0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unica tion B andw idth (bps)

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C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 6680 to C01 (9,600bps) 6680 to C01 (57,600bps) 6680 to C01 (115,200bps) 図 19: 6680 から ZEAL-C01 までの通信バンド幅 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k 512k 1M Perfo rm ance

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C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 6680 to C01 (9,600bps) 6680 to C01 (57,600bps) 6680 to C01 (115,200bps) 図 20: 6680 から ZEAL-C01 までの通信性能比 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1,024 2,048 4,096 8,192 16,384 32,768 65,536 131,072 262,144 524,288 1,048,576 2,097,152 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Com m u nication Tim e (m sec)

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C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) 6680 to C01 (9,600bps) 6680 to C01 (57,600bps) 6680 to C01 (115,200bps) 図 21: 6680 から ZEAL-C01 までの通信時間 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Co m m unica tion B andw idth (bps)

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C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) C01 to 6680 (9,600bps) C01 to 6680 (57,600bps) C01 to 6680 (115,200bps) 図 22: ZEAL-C01 から 6680 までの通信バンド幅 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k512k 1M Perfo rm ance

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C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) C01 to 6680 (9,600bps) C01 to 6680 (57,600bps) C01 to 6680 (115,200bps) 図 23: ZEAL-C01 から 6680 までの通信性能比 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1,024 2,048 4,096 8,192 16,384 32,768 65,536 131,072 262,144 524,288 1,048,576 2,097,152 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1k 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k256k512k 1M Com m u ni cation T im e (m sec)

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C01(9,600bps) C01(57,600bps) C01(115,200bps) C01 to 6680 (9,600bps) C01 to 6680 (57,600bps) C01 to 6680 (115,200bps)

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まとめ

本稿では，ZEAL の通信性能評価について報告し た．ZEAL 向けの開発キットを用いることで，シリ アル・インタフェース (RS-232C) で接続された有線 を容易に無線化することができることが確認できた． また ZEAL は，他機種との接続親和性も非常に高く， 我々が使用した全ての機種で問題なく接続し通信す ることが可能であった． 2007年度の卒業研究において，ZEAL を用いたシ ステムを 2 つ開発した．一つが Bluetooth 経由で情報 を提供するとその情報を音声情報に変換して発声する システム [4] であり，もう一つが同様に Bluetooth 経 由で情報を提供するとその情報を携帯電話網を使って WWWサーバにアップロードするシステム [5] であ る．前者では，Zeal から rx4240 までの通信と rx4240 から Bluetooth 搭載モバイル・スピーカーまでの通 信を共に Bluetooth 通信で同時に行ったが，問題な く具現化することができた．また後者では，Zeal か ら 6680 までの Bluetooth 通信と 6680 から WWW サーバへの携帯電話網による通信を同時に行ったが， 正常に動作した．以上の結果から，ZEAL はシステ ムを構築する上で扱いやすく効果的なデバイスであ ることが確認できた．

参考文献

[1] 児玉泰樹：汎用 Bluetooth モジュールによるパー ソナル・エリア・ネットワークの通信性能評価, 学士論文 (九州産業大学 情報科学部) (2008). [2] 吉田智昭：Bluetooth 搭載携帯情報端末による パーソナル・エリア・ネットワークの通信性能評 価, 学士論文 (九州産業大学 情報科学部) (2008). [3] 石井北斗：Bluetooth 搭載携帯電話によるパーソ ナル・エリア・ネットワークの通信性能評価, 学 士論文 (九州産業大学 情報科学部) (2008). [4] 宗佑亮：携帯情報端末向けテキスト音声変換アプ リケーションの設計と実装, 学士論文 (九州産業 大学 情報科学部) (2008). [5] 小田浩之：リソース状態に応じた携帯電話網向 けデータアップロードシステムの実装, 学士論文 (九州産業大学 情報科学部) (2008).