| Project/Area Number |
21K04544
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 25010:Social systems engineering-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
張 勇兵 筑波大学, システム情報系, 教授 (80242353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀田 壽夫 筑波大学, システム情報系(名誉教授), 名誉教授 (10011660)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 通信資源の割当 / ルーティング / 光通信技術 / 数理計画手法 / 性能評価 / 通信資源割当 / SDN / 移動通信技術 / 通信ネットワーク / NFV / 無線通信ネットワーク / データ分析 |
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| Outline of Research at the Start |
次世代無線通信ネットワークにおいて、Software defined mobile networking(SDMN)技術とNetwork Function Virtualization(NFV)技術をクラウド技術と組み合せることにより、高速なデータ処理および異なる通信需要に適応できるネットワーク構築が求められている。本研究は、ユーザの視点に立ち、端末の処理能力や通信ネットワークの通信帯域幅などの制限を考慮し、実システムに近い条件下で端末アプリケーションの平均応答時間を最小化する手法を追究し、また、通信トラヒックを分析することにより、異なる需要に適応できるネットワークデザインの手法を追究する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代無線通信ネットワークは低い通信遅延と高速なデータ通信のほか、ユーザの高い移動性並びにさまざまなパターンの通信要求に対処するため、光通信ネットワークを基盤とする上、Software defined mobile networking(SDMN)とNetwork Function Virtualization(NFV)との仮想化技術を組み合わせ、より柔軟なネットワークを構築することが期待されている。そのため、数多くの基地局をネットワーク内に配置し、従来の基地局に配置されたユーザ管理機能を中央制御センターのクラウド上に集約し、ユーザの移動性と需要に応じて再構築するようにしている。本年度における研究では、まず、無線通信ネットワークにおいて、異なる種類の通信需要に適した超高速光基盤ネットワークおよび基盤ネットワークと末端ユーザとを接続するアクセスネットワークの効率的な構築に関する計画問題を追究した。不確定なユーザ位置や通信QoS要求を異なるシナリオとして考え、ネットワーク構築コストおよびユーザの管理コストの合計を最小化とする最適化問題として形式化し、その問題を分解して解くBenders 分解法を適用した。さらに、ユーザ通信要求の異なるシナリオを整理し、その特性によりクラスタ化することにより、考慮すべくシナリオ数を大きく減らし、Benders 分解手法より解を求める時間を大きく減らすことができることを示した。本年での研究ではまた、今後さらなる通信需要の増加を考慮し、近年に注目されている超高速光空間チャンネルネットワーク(SCN)において、通信需要が時事刻々と変化する動的な場合、その需要に合わせて空間チャンネルおよび従来のスペクトル資源を柔軟に割り当てるヒューリステック手法を新たに提案し、その効率性・有効性を示した。
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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
これまでの本研究では、SDNおよびNFV技術をベースに構築されるネットワーク環境において、ユーザからの様々なデータ処理要求およびユーザのQoS要求に対して効率的に通信コアネットワークおよびアクセスネットワークの設計問題を数理最適化問題として定式化し、ユーザの通信要求をシナリオとしてクラスタリングすることにより、従来のBenders分解法より速い解決方案を新たに提案し、その有効性および効率性を明らかにした。現在は、これらの手法を無線通信ネットワークにおけるデータキャッシュのアクセス問題に拡張し、ユーザのデータアクセス要求の不確実性を考慮した場合、その問題を解決する手法を試みている。また、超高速光通信ネットワークにおいて、不確実なネットワーク装置故障がある場合のルーティング決定およびスペクトル割当問題に本研究で考案された分解法を適用し、従来手法より素早くよい解を求める方法を考案し、研究を進めている
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた成果を活かし、今後の研究でネットワークの構築問題およびデータアクセス問題を分解手法で解くことを進める予定である。ここで、たとえば、光通信ネットワークにおけるルーティング決定とスペクトル資源の割当は別々の問題に分解し、段階的に解くことを試みる。また、ネットワーク内にデータ項目の配置とユーザからのアクセス要求とを分解し、不確実性が伴うユーザ位置とデータアクセス要求を考慮し、二段階の確率最適化問題に帰着し、その最適解または近似解を求めることにする。また、通信品質の高いネットワークの構築問題を考え、通信装置（ノード）、通信線（リンク）、そして、ノードとリンクからなるグループによる故障に対応できるネットワーク保全問題を確率的な最適化問題として考え、その最適解を求めることにする。ここで、もし、問題の厳密解が得られない場合、その問題の制御整数変数を実数に緩和し、その問題の近似解を求めることにする。
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