超直交畳み込み符号及び超広帯域無線を適用したWBANにおける数理的・実験的研究
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20K14737
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Toyo University (2023)
Okayama Prefectural University (2020-2022) |
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Principal Investigator |
高林 健人 東洋大学, 理工学部, 准教授 (70803336)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
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| Keywords | IoMT / 無線ボディエリアネットワーク / 超広帯域無線 (UWB) / 超直交畳み込み符号 / 超広帯域無線 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では，超広帯域 (UWB) 物理層と超直交畳み込み符号と呼ばれる誤り訂正符号を適用した無線ボディエリアネットワーク (WBAN) の高信頼と省エネルギー性を理論解析及び計算機シミュレーションによる数理的アプローチに加え，評価キット・モジュールを用いた実験的アプローチ両面から明らかにする．本研究に関する検討を通じて，医療・ヘルスケアIoT (IoMT)の求める高い要件を満たすような，ウェアラブル生体センサを用いた遠隔医療やヘルスケアモニタリングを実現するための無線ネットワークの実現に貢献する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
在宅医療や遠隔医療・治療システムを構築するための医療・ヘルスケアIoT（Internet of Medical Things: IoMT）に注目が集まっている．IoMTシステムを構築する上で，人体周辺で生体センサー及びセンサーを管理するハブにより構成される無線ボディエリアネットワーク (Wireless Body Area Network: WBAN) は重要技術の一つであると言える．WBANの通信チャネルは，人の動きやセンサー及びハブの位置関係により大きく変化する．WBANの動的チャネルモデルは，逆ガウス分布モデルが当てはまることが実験により知られているが，このチャネルモデルを適用した場合のWBANの性能評価は行われていなかった．本研究では，WBANの国際標準規格であるIEEE 802.15.6で選択可能な超広帯域無線 (UWB) 物理層に対し，超低符号化率の誤り訂正符号を生成可能な超直交畳み込み符号 (SOCC) を適用した場合の 性能評価を行った．計算機シミュレーションによる性能評価の結果，センサー及びハブの位置に応じて性能が大きく変化することがわかった．具体的には，Low Dynamics (LD) のリンクでは最大再送回数を少なく設定しても良好な特性が得られた一方で，Medium Dynamics (MD)，High Dynamics (HD) のリンクでは最大再送回数を多く設定することに加えて，誤り訂正符号の符号化率を低く設定をしないと所望の性能が達成出来ないことがわかった．さらに，これらの結果により，動的度合いが異なるリンクに応じて誤り制御方式を変更すること，及びWBAN内でマルチホップ通信を行う際に性能劣化への影響の少ないリンクを選択することにより，WBANのネットワーク性能を最適化出来ることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度から本年度において，IEEE 802.15.6のUWB物理層にSOCCを適用することの有効性を ，理想的なチャネルモデルである加法性白色ガウス雑音 (AWGN) チャネル及び，ウェアラブルWBANのチャネルモデルであるIEEEモデル CM3を適用した場合の計算機シミュレーションにより確認することが出来た．加えて，これらのチャネルモデルにおけるSOCC及びUWB物理層のパラメータの最適な組み合わせも確認出来た．さらに，当初は想定していなかった，より現実的なUWB-WBAN環境を想定した，逆ガウス分布を導入した動的チャネルモデルを適用した際の性能評価，及びSOCC及びUWB物理層のパラメータの最適な組み合わせの確認も行うことが出来ており，予想以上に様々な検討が出来た．さらに，物理層だけでなく，メディアアクセス制御層 (MAC層) でのアクセス方式を考慮した際の各種パラメータのクロスレイヤーでの最適化，及び最適リンクを選択した際の性能評価も行うことが出来た．一方で，第4年度は研究代表者が所属機関が変わり、学内業務や研究環境の整備等に多くの時間を割かれた．加えて，評価ボードの調達、整備が昨今の情勢により思うようにいかず，実機による評価までは至っていない．そのため、別の評価方法による本システムの有効性の評価を進めることも検討している．
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| Strategy for Future Research Activity |
計算機シミュレーションによるIEEE 802.15.6のUWB物理層にSOCCを適用することの有効性の 確認は出来たため，評価ボードを用いたテスト機へ本システムを実装し，実測による性能評価の確認を目指す．一方で，本システムの全てを評価ボードを用いたテスト機へ実装することが難しい場合は，その一部をソフトウェア上で扱うことで代替し，性能評価を行うこととする．また，実機での実験とは別に，計算機シミュレーションによる別の評価方法による本システムの有効性の評価を進めることも検討している．加えて，これらの性能評価により得られた評価結果をまとめて，国内研究会や，英文による論文として国際論文誌へ投稿して発表を行う．
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Report
(4 results)
Research Products
(7 results)
