耐災害CPSのための局所集中型通信制御技術

• Project/Area Number: 20K11785
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60060:Information network-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西山 大樹 東北大学, 工学研究科, 教授 (90532169)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 局所集中型通信 / 局所集中型 / 耐災害 / CPS

Outline of Research at the Start

災害時には携帯電話等の通信インフラが使用できないことが想定されるため，被災地内の通信機器（スマートフォン・自動車・ドローン等）を利用することで応急的な通信機能を提供するアドホック通信が非常に有用である．そこで本研究では，アドホック通信の一つである局所集中型通信制御技術について研究を行う．

Outline of Annual Research Achievements

実世界とサイバー空間を融合したCPS（Cyber Physical System）は，世界が直面する様々な社会課題を解決するものとして，あらゆる産業分野でその実現に向けた試みが本格化している．防災・減災の分野も例外ではなく，例えば，耐災害CPSの一つとしてリアルタイム避難誘導システムの実現が期待されている．そして，その実現に向けて，その情報伝達手段を担うアドホック通信に期待が集まっている．災害時には携帯電話等の通信インフラが使用できないことが想定されるため，被災地内の通信機器（スマートフォン・自動車・ドローン等）を利用することで応急的な通信機能を提供するアドホック通信は非常に有用であるが，耐災害CPSが必要とする性能を達成可能なアドホック通信技術は未だに確立されていない．そこで本研究では，この課題の主要因である通信要求の衝突や電波の干渉の問題を解決すべく，局所集中型通信制御技術を創出するとともに，それによる性能向上を定量的に明らかにすることを目的としている．
本年度の最大の成果は，ドローン等を用いて構成する独立した仮想セルに関する研究成果である．特定のエリアをドローン等が周回することで構成される仮想セルにおいては，ドローン等の飛行経路と地上の端末の位置関係によっては，端末間で通信機会が不公平となる問題があった．これに対し，昨年度まではドローン等の動的な速度制御により通信の公平性を高める方法を検討していたが，今年度はそれに加えて動的な帯域割当制御の方法についても検討を行った．さらに，これらの動的制御を可能にする上で必要になるアーキテクチャについても提案した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画から遅れることなく進捗しているため．

Strategy for Future Research Activity

研究成果のとりまとめを加速していく見込み．

Research Products

• [Journal Article] Integration of speed control and bandwidth allocation to enable fair uplink communications in UAV-aided aerial base stations based on Open-RAN (2024)
  • Author(s): Mitsui Shu、Nishiyama Hiroki
  • Journal Title: IEICE Communications Express Volume: 13 Issue: 3 Pages: 93-96
  • DOI: 10.23919/comex.2023XBL0178
  • ISSN: 2187-0136
  • Year and Date: 2024-03-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 下り回線における複数スモールセル基地局間の干渉を考慮した周波数割当に関する研究 (2023)
  • Author(s): 伊藤栄輔
  • Journal Title: 東北大学電通談話会記録 Volume: 92 Pages: 50-51
  • Open Access
• [Journal Article] 遅延耐性ネットワークにおけるデータ到達確率向上のための中継端末選択に関する研究 (2023)
  • Author(s): 斉藤陽
  • Journal Title: 東北大学電通談話会記録 Volume: 92 Pages: 60-61
  • Open Access
• [Journal Article] 基地局機能分離下でのクラスタを考慮した周波数割当に関する研究 (2023)
  • Author(s): 眞尾幸佑
  • Journal Title: 東北大学電通談話会記録 Volume: 92 Pages: 82-83
  • Open Access
• [Journal Article] 基地局機能分離環境における端末収容と帯域割当に関する研究 (2023)
  • Author(s): 松澤和泉
  • Journal Title: 東北大学電通談話会記録 Volume: 92 Pages: 84-85
  • Open Access
• [Journal Article] 無線アクセスバックホール統合伝送における無線資源分割に関する研究 (2023)
  • Author(s): 八島拓也
  • Journal Title: 東北大学電通談話会記録 Volume: 92 Pages: 86-87
  • Open Access
• [Journal Article] Speed-Control Technique for Achieving Fair Uplink Communications With a UAV-Aided Flying Base Station (2023)
  • Author(s): Mitsui Shu、Nishiyama Hiroki
  • Journal Title: IEEE Access Volume: 11 Pages: 21332-21344
  • DOI: 10.1109/access.2023.3251580
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Potential of cooperative SIC for uplink NOMA in multi-cell network (2022)
  • Author(s): Nakamura Mio、Nishiyama Hiroki
  • Journal Title: IEICE Communications Express Volume: 11 Issue: 8 Pages: 497-502
  • DOI: 10.1587/comex.2022TCL0028
  • ISSN: 2187-0136
  • Year and Date: 2022-08-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fairness-aware resource allocation technique for UAV-aided information collection system in a disaster (2022)
  • Author(s): Tajima Genki、Nishiyama Hiroki
  • Journal Title: IEICE Communications Express Volume: 11 Issue: 8 Pages: 474-479
  • DOI: 10.1587/comex.2022TCL0022
  • ISSN: 2187-0136
  • Year and Date: 2022-08-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 空中基地局と地上端末間の上りリンク無線資源割り当てに関する研究 (2022)
  • Author(s): 田島元樹
  • Journal Title: 東北大学電通談話会記録 Volume: 91 Pages: 104-105
  • Open Access
• [Journal Article] 上りリンク協調干渉除去を用いた非直交多元接続における送信電力制御に関する研究 (2022)
  • Author(s): 中村零
  • Journal Title: 東北大学電通談話会記録 Volume: 91 Pages: 114-115
  • Open Access
• [Presentation] HAPSへのオフロードを利用した地上基地局における商用電力の消費量削減に関する一検討 (2024)
  • Author(s): 堀野泰輔，西山大樹
  • Organizer: 2024年電子情報通信学会総合大会
• [Presentation] 遅延耐性ネットワークの発信端末における受信信号強度に基づく中継端末選択による情報送信効率の向上 (2024)
  • Author(s): 上村優樹，西山大樹
  • Organizer: 第645回伝送工学研究会
• [Presentation] A Bandwidth Allocation Algorithm Mitigating Unfairness Issues in a UAV-Aided Flying Base Station Used for Disaster Recovery (2023)
  • Author(s): Shu Mitsui and Hiroki Nishiyama
  • Organizer: IEEE 98th Vehicular Technology Conference (VTC2023-Fall)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 下り回線におけるスモールセル間干渉を考慮した周波数割当に関する研究 (2023)
  • Author(s): 伊藤栄輔，西山大樹
  • Organizer: 第636回伝送工学研究会
• [Presentation] Analysis of Optimal Bandwidth Partitioning Ratio in Full-Duplex Integrated Access and Backhaul (2022)
  • Author(s): Takuya Yashima and Hiroki Nishiyama
  • Organizer: IEEE International Conference on Communications 2022, Workshop on Industrial Private 5G-and-beyond Wireless Networks
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 地上端末間の公平性を考慮した空中基地局の速度制御手法 (2022)
  • Author(s): 三井周，西山大樹
  • Organizer: 2022年電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [Presentation] 災害時における端末接続と周波数帯域割当問題のモデル化 (2022)
  • Author(s): 松澤和泉，西山大樹
  • Organizer: 2022年電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [Presentation] DTNに基づいた情報配信における転送相手選択の重要性 (2022)
  • Author(s): 鎌田崚暉，西山大樹
  • Organizer: 2022年電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [Presentation] DTNにおける通信相手選択がデータ到達確率に与える影響 (2022)
  • Author(s): 斉藤陽，西山大樹
  • Organizer: 2022年電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [Presentation] Fundamental Analysis of Ground-to-Air Communication Using NOMA (2020)
  • Author(s): Mio Nakamura and Hiroki Nishiyama
  • Organizer: 2020 Tohoku-Section Joint Convention of Institutes of Electrical and Information Engineers
• [Presentation] A Study on Power Allocation for Fairness in Downlink-NOMA (2020)
  • Author(s): Mio Nakamura and Hiroki Nishiyama
  • Organizer: 2020 International Workshop on Emerging ICT
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Study on UAV-aided Communication Network (2020)
  • Author(s): Genki Tajima and Hiroki Nishiyama
  • Organizer: 2020 International Workshop on Emerging ICT
  • Int'l Joint Research