Construction of cyber-physical system specialization for physical-layer
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22K04096
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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 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
熊本 和夫 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (30351456)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塚本 勝俊 大阪工業大学, 情報科学部, 教授 (10207342)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | Society5.0 / 光ファイバ無線 / マイクロ波ミリ波フォトニクス / サイバーフィジカル / 位置推定 |
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| Outline of Research at the Start |
Society5.0の実現に向けた計画では、サイバーフィジカルシステムの構築により便利で安全・快適な社会を目指しており、ヘテロジニアスワイヤレス環境で様々なIoTシステムがネットワークに同時アクセスするという形態が予想される。本研究では、Society5.0の実現を目指した新たな取り組みとして、多次元の物理層情報を一括して収集し、エッジサーバでの簡易な信号処理により制御信号を生成し、フィジカル空間にフィードバックする物理層制御システムを提案する。これにより、低遅延で周波数や端末の種類に透明性の高い、様々な統合したIoTのコントロールと周波数リソースの運用を物理層レベルで実現することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度研究計画では、独立な多次元物理情報からIoT端末の自位置検出を行う方式、ならびに一括無線信号収集と複数端末の同時位置検出方式について研究する予定であった。
これに対して、本年度では追加購入したRoF伝送装置を用いてリモートアンテナを4台構成としたRoF偏在アンテナシステムを大学の講義室に構築し、購入した920MHz帯電波測定ユニットとiPadを送信端末としたアップリンクの電波強度の測定を行った。4台のリモートアンテナから得られる電波は通常合成されて受信されるが、合成するアンテナの組み合わせを変化させることで最大で2の4乗-1、すなわち15パターンの電波強度とスペクトル形状を同時に取得（多次元物理情報）した。
本年度は、端末1台の環境において測定空間に障害物となる人体がある状況とない状況で端末の位置推定精度を測定する実験を実施した。また、周波数として2.4GHz帯と920MHz帯での実験を行った。また、端末を2台とした場合の実験も併せて実施した。
実験の結果、位置推定については障害物となる人体の有無によらず同程度の推定精度が得られたため、実環境においても本提案技術が有効であることを示すことができた。一方、端末がリモートアンテナから等距離かつ遠距離にある場合は、信号強度が低く場所による特徴量が少ないため、推定精度に3m程度の誤差が生じる結果となった。これについては次年度以降改善方式を検討する予定である。
一方、スペクトル情報も取得したことで、マルチパス歪の生じたスペクトル共有とそれを用いた簡易暗号化についても前倒しで研究した。
これらの研究成果は、電気系学会関西支部大会やURSI国際学会にて成果発表を行った。
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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
初年度では端末2台を任意の地点に設置した場合の推定が可能であることを実験的に示すこととしていたが、予定通り2台の端末についての推定が可能であることが実験データをもとに実現できた。しかし、今回の位置推定プログラムでは、事前に端末台数が2台であることを既知であるとしているため、今後は端末台数の把握を行う研究も併せて実施する必要がある。
一方で、当初予定していたリモートアンテナユニットをさらに増加させる研究についてはまだ達成できていないため2023年度至急データ取得を行い実験を行う。
また、当初2023年度予定していた周波数スペクトラムの周波数選択性を利用した端末や位置固有のIDの生成技術については先行して研究で来ており、端末固有のIDの生成とそれを用いた暗号化技術について研究し発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画通り、電波の伝搬特性を活かした鍵の生成や端末管理・モニタリング手法
について研究する。
また、進捗状況で説明した通り、リモートアンテナを増設した場合の端末の位置推定については実施できていないため、今年度新たにRoF伝送装置を2台追加購入して実施する（前半）。
また、当初計画ではURSPにより電波をディジタル化して信号処理する予定であったが、2022年度に高性能なスペクトルアナライザを購入したため（大学経費）、スペクトルアナライザを基にしたデータ処理に変更して実施する。
後半では、当初計画通り研究初年度の成果と連動し、多次元物理情報のデータ収集方式および電波のルーティングプロトコルについて検討する（後半）。
また、2年目ではある程度データが得られたため学会誌や国際学会での発表も目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
