2017 Fiscal Year Research-status Report
異種ネットワーク相補的連携による超大規模IoTノード群への高速アクセス方式
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16K00138
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
大島 浩太 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (60451986)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 公彦 東京工科大学, 片柳研究所, 講師 (00551863)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | IoT / 無線センサネットワーク / 通信制御 / ネットワークアーキテクチャ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、産業・社会変革が世界的に期待され、研究開発や投資が進んでいるIoTにおいて、これまでのネットワークでは未想定の超大規模IoTノード群に対する高速アクセス性能や柔軟な運用管理、および社会に対して利益の高い実用性や効率性の確保を目指したものである。手法の根幹として、異種ネットワークの相補的連携方式により、ネットワーク機能面から開発する新しいアーキテクチャの開発を行うものである。異なるネットワークの連携・併用により、単一のネットワークでは達成が困難なネットワーク特性(平均経路長の短縮や頑健性の確保等)を具備したネットワークの実現を目指す。
研究は、モデル設計、シミュレータによる特性解析、通信方式の開発、さらなる評価と実証実験という流れで進める。平成29年度は、前述の目的を達成するにあたり、通信方式の設計と、通信方式の中核を担うハードウェアの設計およびプロトタイプ機器の開発を実施した。まず、長距離ネットワークと短距離ネットワークを相補的に連携させることを基本的な特徴とする異種ネットワーク連携方式において、長距離ネットワークにLTE網を用いて、短距離ネットワークには無線マルチホップネットワークを利用する。これを踏まえて、通信方式の設計においては、昨年度から継続的に実施中のLTE網の通信特性の調査・分析に関する成果として、時刻や利用場所によって安定的に利用できるチャネルや通信効率が影響を受ける場合があることから、LTE網の通信環境計測とチャネル制御による安定化方式を設計した。無線マルチホップネットワークの安定的制御については、長距離ネットワークが利用できるノードが複数近隣に存在する場合に、どのノードを利用すれば良いかについて、ノードの負荷状況に応じた選択方式についてモデル化を行った。次に、LTE網の利用チャネルを状況に適応的に制御可能なプロトタイプハードウェアを設計・開発した。
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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
平成29年度は、昨年度の成果である異種ネットワークの相補的連携によるネットワークモデルについて、実現に向けた実施課題の整理と解決方式の提案を中心に研究を実施した。昨今、IoTに対する注目の高まりから、IoT関連の製品や通信サービスが多く登場している。特に通信サービスについては、LPWA(Low Power Wide Area)に属するものが多くサービスインし、実際に利用できる状況にある。特に日本では、LoRaWANとWi-SUN、NB-IoT規格が利用しやすい。この時流を勘案し、本提案の長距離ネットワーク側でLPWAの利用についても検討を進めた。しかしながら、通信容量と通信可能距離と、双方向性のあるデータ通信ができるという条件を重視する方針を採った場合にLTEが優れていると判断し、LTEを中心に研究を進めた。
実用化を意識した研究開発を進めるにあたり、様々な通信条件を試せる通信プラットフォームの存在は必要不可欠である。そこで、通常はブラックボックス化されており制御が難しい通信デバイスについて、チャネル固定や通信状況の調査・処理機能などを備えた、長距離ネットワーク側のハードウェアを開発した。Linuxベースの組み込みシステムとSierra Wireless社のLTEモジュールを主な構成要素とするハードウェアである。プログラマブルに上記の機能を利用できるようにしている。このプラットフォームにより、昨年度から実施しているLTEの通信環境調査から得られた成果を考慮した通信制御方式を実証できる環境が整ったと考えている。さらに、短距離ネットワーク側においても、通信効率を向上するためのマルチホップネットワークの制御モデルを開発したことで、提案方式の実現に向けた方式の準備が整ったと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は、次の2種類を軸に進める。
(1) 長距離ネットワークと短距離ネットワークの併用を特徴とするネットワークアーキテクチャの開発と評価
基本的な通信制御方式の検討が完了しているため、開発した方式を結合したハードウェアの開発を予定している。また、開発したハードウェアを用いて簡易的なネットワークを組み、実測による性能評価も行う。性能評価については、大学キャンパス内を中心に実施する予定であるが、LTEの調査研究を実施したエリアが時刻による通信効率や安定性の変動が観測されているため、場所利用の調整が済めばこの場所での評価も行いたいと考えている。
(2) 大規模ネットワークエミュレータを用いた評価検証
大規模なプロトタイプシステムを実空間に展開して評価することは難しいため、大規模システムのシミュレータおよびエミュレータ等を用いた性能検証を行う。性能検証は、提案モデルと、実機によるプロトタイピングにより得られた知見を反映させた提案モデルの改訂版の両面から行うことで、理想的な状況と現実的な性能の両面から評価したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
H29年度の購入を予定していたプロトタイピング用の電子部品について、H29年度内に発売はされたものの、量産体制の関係で年度内のまとまった数の入手が難しかったことが理由である。当該機器以外は価格面で研究に必要な数をそろえることが難しいため、H30年度の購入が適していると判断した。
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Research Products
(9 results)
