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Low latency information transmission in emergency communication systems using drones during a large-scale disaster

Research Project

Project/Area Number 19K04392
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Okada Hiraku  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (50324463)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords大規模災害 / 臨時無線ネットワーク / ドローン
Outline of Research at the Start

本研究では大規模災害時における臨時通信システムとして,ドローンを用いて上空に無線ネットワークを構築することを検討する.上空にネットワークを構築することで,ドローン間やドローンと地上ユーザ端末間の見通しを確保し,無線通信路の安定化を図ることができる.しかし,大規模災害時には十分な台数のドローンを確保できず,そのことが遅延時間の増加につながるなど,いくつかの課題がある.そこで本研究では,(i)飛行パターンの検討,(ii)バッテリ切れによるドローンの離脱の考慮,(iii)ドローンの飛行に伴う機体の傾きによる通信路への影響の考慮に取り組むことで,情報伝送の低遅延化を図ることを目的とする.

Outline of Final Research Achievements

This study aims to construct a temporary wireless network using drones as an emergency communication system for large-scale disasters. The purpose of this study is to reduce the latency of information transmission using fewer drones in this system. To achieve this, we investigated three issues: (1) flight patterns to achieve low latency, (2) the effect of drone drops due to battery failures on latency performances, and (3) the effect of drone flight on the communication channel due to the tilt of the aircraft. By introducing rebounding flight and common flight paths as flight patterns, we were able to achieve low-latency information transmission in the emergency communication systems using drones for large-scale disasters.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではドローンの飛行パターンとして反発飛行と共用飛行経路を導入することで情報伝送の低遅延化を図る.どちらの飛行パターンも簡易な操作で実現できるものである.反発飛行ではランダムな移動を保ちつつ,通信範囲の重なりを避け,ドローンを被災地域全体に均一に飛ばすことができる.共用飛行経路により,情報を一旦集約することができ,送信元から宛先への情報伝送の高効率化を図ることができる.これらの点に本研究の創造性がある.さらに,バッテリ切れによるドローンの離脱や,飛行による機体の傾きを考慮することはドローンを用いるために生じる独特な課題であり,ここに本研究の学術的意義がある.

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Voronoi-Based UAV Flight Method for Non-Uniform User Distribution in Delay-Tolerant Aerial Networks2022

    • Author(s)
      ASANO Hiroyuki、OKADA Hiraku、BEN NAILA Chedlia、KATAYAMA Masaaki
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Communications

      Volume: E105.B Issue: 11 Pages: 1414-1423

    • DOI

      10.1587/transcom.2022EBP3017

    • ISSN
      0916-8516, 1745-1345
    • Year and Date
      2022-11-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Flight Model Using Voronoi Tessellation for a Delay-Tolerant Wireless Relay Network Using Drones2021

    • Author(s)
      Asano Hiroyuki、Okada Hiraku、Naila Chedlia Ben、Katayama Masaaki
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 9 Pages: 13064-13075

    • DOI

      10.1109/access.2021.3051913

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rebounding Flight with Rebounding Rate in a Wireless Relay Network Using Drones2020

    • Author(s)
      浅野 博之、岡田 啓、ベンナイラ シャドリア、片山 正昭
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌B 通信

      Volume: J103-B Issue: 12 Pages: 679-683

    • DOI

      10.14923/transcomj.2020JBL4004

    • NAID

      120006937482

    • ISSN
      1881-0209
    • Year and Date
      2020-12-01
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An Overview of Aerial Wireless Relay Networks for Emergency Communications during Large-Scale Disasters2020

    • Author(s)
      OKADA Hiraku
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Communications

      Volume: E103.B Issue: 12 Pages: 1376-1384

    • DOI

      10.1587/transcom.2020SEI0001

    • NAID

      130007948563

    • ISSN
      0916-8516, 1745-1345
    • Year and Date
      2020-12-01
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Flight Models in Wireless Relay Networks Using Drones for Large-Scale Disasters2020

    • Author(s)
      矢内宏樹,岡田啓,小林健太郎,片山正昭
    • Volume
      J103-B
    • Issue
      2
    • Pages
      57-66
    • DOI

      10.14923/transcomj.2019GTP0015

    • NAID

      120006783251

    • ISSN
      1344-4697
    • Year and Date
      2020-02-01
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Communication-aware flight algorithm for UAVs in delay-tolerant aerial networks2023

    • Author(s)
      H. Asano, H. Okada, C. Ben Naila, M. Katayama
    • Organizer
      IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 都市環境におけるLoS伝搬を考慮した複数UAV配置2023

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会センサネットワークとモバイルインテリジェンス研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 都市環境におけるLoS伝搬を考慮したUAVの最適配置2022

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      革新的無線通信技術に関する横断型研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] デジタルサイネージ搭載ドローンによる広告に関する検討2022

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会センサネットワークとモバイルインテリジェンス研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] A UAV Flight Method for Non-Uniform User Distributions in Aerial Wireless Relay Networks2022

    • Author(s)
      H. Asano, H. Okada, C. Ben Naila, M. Katayama
    • Organizer
      IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ドローンを用いた災害時向け遅延耐性ネットワークのための粒子群最適化に基づく移動方式2021

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会センサネットワークとモバイルインテリジェンス研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ドローンを用いた遅延耐性ネットワークのための粒子群最適化に基づく移動方式の一検討2021

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会革新的無線通信技術に関する横断型研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ドローンを用いた無線リレーネットワークにおける不均一なユーザ分布を考慮した飛行方式2021

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会センサネットワークとモバイルインテリジェンス研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] A Voronoi-Based Flight Method of UAVs in Delay-Tolerant Aerial Networks2021

    • Author(s)
      H. Asano, H. Okada, C. Ben Naila, M. Katayama
    • Organizer
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability (ICMaSS)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Emergency Communication Systems during Large-Scale Disasters2021

    • Author(s)
      H. Okada
    • Organizer
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability (ICMaSS)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ドローンを用いたリレーネットワークにおける被覆制御に注目した飛行モデルの一検討2020

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会 通信ソサイエティ大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 広域災害被災地におけるドローンを用いた無線リレーネットワーク ~ ボロノイ分割を利用した飛行モデルの一検討 ~2020

    • Author(s)
      浅野博之,岡田啓,ベンナイラシャドリア,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会 センサネットワークとモバイルインテリジェンス研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 大規模災害被災地におけるドローンを用いた臨時通信システム ~ ドローンの位置分布推定を用いた飛行モデルの一検討 ~2020

    • Author(s)
      矢内宏樹,岡田啓,小林健太郎,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会 センサネットワークとモバイルインテリジェンス研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Inclination of Flying Drones in Aerial Wireless Relay Networks2019

    • Author(s)
      H. Okada, J. Suzuki, H. Yanai, K. Kobayashi, M. Katayama
    • Organizer
      IEEE VTC2019-Fall Workshops on Swarm Intelligence: Autonomous and Connected Unmanned Aircraft Systems
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ドローンを用いた災害時臨時通信システムにおける飛行時の傾きが伝送遅延に与える影響の一検討2019

    • Author(s)
      鈴木丈,矢内宏樹,岡田啓,小林健太郎,片山正昭
    • Organizer
      電子情報通信学会 センサネットワークとモバイルインテリジェンス研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] [招待講演]大規模災害時における臨時通信システムとしてのドローン/気球無線ネットワーク2019

    • Author(s)
      岡田啓
    • Organizer
      電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会
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      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] [招待講演]大規模災害時における臨時通信システムとしてのドローン無線メッシュネットワーク2019

    • Author(s)
      岡田啓
    • Organizer
      電子情報通信学会 短距離無線通信研究会
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      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] [依頼講演]大規模災害時臨時通信システムのためのUAVを用いた無線ネットワーク2019

    • Author(s)
      岡田啓
    • Organizer
      電子情報通信学会 無線通信システム研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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