Establishment of Optimal Route Control System for Small Unmanned Aircraft Movement using Smart Meter Wireless Devices
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21K11875
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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 60060:Information network-related
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
上田 清志 日本大学, 工学部, 教授 (00738429)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三好 匠 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (40318861)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 経路ロック方式 / 多階層ネットワーク構築方式 / ノード自律危険度評価方式 / 複数経路探索法 / 輻輳抑制航行制御分散管理手法 / 中継機能配置ノード選択アルゴリズム / 重み付けダイクストラ法 / 移動基地局経路決定法 / 無線ジオフェンス飛行禁止領域回避軌道制御手法 / 最適経路制御 / 小型無人機 / 危険度自律判定 / 無線デバイス / 無線マルチホップネットワーク |
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| Outline of Research at the Start |
今後、多用されると予想されるドローン等の小型移動機による宅配は、航空機の航空路のように航空保安無線施設を結んだ経路を航行すると想定する。
小型移動機の航空保安無線施設として、各家屋に無線デバイスを設置し、住宅が密集した危険な地区の上空（住宅密集地）を極力避けた安全で効率的な航行経路をマッピングした仮想的な無線マルチホップネットワークを構築する。
各ノードが自らの危険度を他ノードと通信し自律的に判定する論理や学習方法や、小型移動機の衝突回避や経路上のノード・リンク異常に対する迂回経路構築法などを確立する。
本研究成果により、多数の小型移動機が安全に航行し、小型移動機による宅配を全国各地へ普及できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
各ノードが、相互通信によりノード間距離、近隣ノード密度、経路利用履歴等から住宅密集地内の一般ノード、住宅密集地外の転送ノード、複数段階の危険度を判定する分散アルゴリズムの基本方式を確立した。複数段階の危険度をもとにして、より安全で効率的な航行経路を構築する最適経路制御方式を確立した。
複数の移動機が航行する際、移動機同士が衝突する危険をさけるため、同じリンクを使用しない経路を構築する経路ロック方式と航行高度の多階層ネットワーク構築方式を確立した。具体的には、OLSRをベースに、リンクをロックするRKメッセージを追加し、多階層の仮想リンクを各ノードが管理する。ネットワークシミュレータにて提案プロトコルの有効性を評価確認した。
宅配サービスの要件を満たしつつ複数経路から最適経路の選択が可能となるように、無人移動機の移動時間と安全性を考慮したAODVベースの複数経路構築法を確立した。具体的には、RREQメッセージを移動時間と安全性とで評価し複数保存し、評価前に不必要なRREQメッセージをフィルタリングする方式により実用的な方式を確立した。
高密度に無人移動機が飛び交う環境において、無人移動機の輻輳を抑制し、航行品質を保証するための航行制御分散管理手法を確立した。
無人移動機経路構築する無線マルチホップネットワークの中継機能をすべてのノードにもたせるのではなく、OLSRのMPR集合方法を応用した選定手法を確立した。また、Dockerを用いたユーザPCコンピューティングシステムによる無線マルチホップネットワークシミュレーションの効率的実行方法に着手した。さらに、無線デバイスでリアルタイムにFingerPrintを更新する室内の位置測定方式を確立した。
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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
研究計画として、２年目の達成目標である、各ノードが、相互通信によりノード間距離、近隣ノード密度、経路利用履歴等から住宅密集地内の一般ノード、住宅密集地外の転送ノード、複数段階の危険度を判定する分散アルゴリズムの基本方式を確立した。複数段階の危険度をもとにして、より安全で効率的な航行経路を構築する最適経路制御方式を確立した。危険度の段階数や各段階の判定方式は各サービス／各地域によって異なると考えられるため、引き続き、地域別に住宅密集地情報などを学習し判定論理を最適化する方法を考案する。本年度確立した他ノードとの相互作用で自律的に各ノードが自らの危険度を認識する判定論理から、学習方法を確立できると考える。
複数の移動機が航行する際、移動機同士が衝突する危険をさけるため、同じリンクを使用しない経路を構築する経路ロック方式と航行高度の多階層ネットワーク構築方式を確立した。ネットワークシミュレータにて提案プロトコルの有効性を検証している。
宅配サービスの要件を満たしつつ複数経路から最適経路の選択が可能となるように、無人移動機の移動時間と安全性を考慮したAODVベースの複数経路構築法を確立した。
高密度に無人移動機が飛び交う環境において、無人移動機の輻輳を抑制し、航行品質を保証するための航行制御分散管理手法を確立した。
研究計画策定時に想定していた技術課題を超える成果を達成した。無人移動機経路構築する無線マルチホップネットワークの中継機能をすべてのノードにもたせるのではなく、OLSRのMPR集合方法を応用した選定手法を確立した。また、Dockerを用いたユーザPCコンピューティングシステムによる無線マルチホップネットワークシミュレーションの効率的実行方法に着手した。さらに、無線デバイスでリアルタイムにFingerPrintを更新する室内の位置測定方式を確立した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、研究計画通り、研究課題に取り組んでいく。無人移動機の自律動作で衝突回避経路を探索するアルゴリズムを進化させる。同一ノード／リンク使用回避のみならずリンクの交差を回避する方式を確立する。経路をロックする回線交換モデルのみならず、小型移動機が近接した際にロックするパケット交換モデルでの衝突回避方式を確立する。また、無線接続不安定などにより経路上のノード・リンク故障発生時、小型移動機が到達しているノードから新たに宛先家屋ノードへのルートリクエストを行い、最適経路を再構築する方法を考察する。
各ノードが、相互通信によりノード間距離、近隣ノード密度、経路利用履歴等から、サービス別／地域別に住宅密集地情報などを学習し判定論理を最適化する方法を考案する。これにより、他ノードとの相互作用で自律的に各ノードが自らの危険度を認識する判定論理や学習方法を確立する。
また、高密度に無人移動機が飛び交う環境において、無人移動機の輻輳を抑制し、航行品質を保証するための航行制御分散管理手法を更に進化させていく。
検証用ネットワークとして、スマートメーターにも用いられている無線デバイスと、ノード内のソフトウェア実行に用いる小型PCによるノード装置により、無線マルチホップネットワークを構成する各ノード内のソフトウェアを開発し検証する。
研究計画に加えて、無線マルチホップネットワークの中継機能の配置ノード選定方式、無線デバイスでリアルタイムにFingerPrintを更新する室内の位置測定方式を実装評価する。
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Report
(2 results)
Research Products
(23 results)
