2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mutual Information Passing between Sensor Information Environment and Physical Wireless Environment for High Density Wireless Sensor Networks
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17H03264
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
田久 修 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (40453815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 威生 電気通信大学, 先端ワイヤレス・コミュニケーション研究センター, 教授 (10327710)
太田 真衣 福岡大学, 工学部, 助教 (20708523)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 無線センサネットワーク / 確率伝播 / コグニティブ無線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は無線物理空間・センサ情報空間相互情報パッシング法の基礎原理の確立を進めた。
まず、無線物理空間とセンサ情報空間の両空間の認識情報を利用した混信信号の分離法を確立した。具体的には、時間連続性を考慮するための短区間の勾配情報の利用、空間関係の連続性を活用する空間相関値を利用した誤分離検出法である。また、異種無線システムとの周波数共用を検討するため、無線物理空間の認識情報である占有率情報とセンサ情報空間であるセンサ情報の情報生起確率を統合したリソース割り当て法を提案した。実機評価として、低電力広域通信であるLPWAによる実機評価と干渉耐性評価を進めた。さらに、無線機アーキテクチャにおける干渉耐性能力を考慮した周波数共用法の検討を進めた。無線機制御に必要な制御交換を実現するための制御チャンネルを確立する方法として、無線物理空間の認識結果を利用した方法を確立した。
無線センサネットワークの物理空間に情報が多重されて存在する場合の信号分離法の検討を行った。ここでは、多数のセンサノードが配置された環境で、一つのフュージョンセンターでは復調時に相互干渉により、復号できない状況を改善するため、複数の受信機がクラウド協調し、逐次干渉除去およびネットワークMIMO技術により、同時送信されたセンサ情報の分離を行う手法を考案し、受信性能の改善を確認した。
異種無線システムの干渉波が通信に与える影響評価として、電波暗室内で測定実験を行い、電子レンジの電磁波が無線LANに与える影響をスループット特性により評価した。電子レンジの干渉波は周期的な干渉を与え、スループット特性も周期的な変動が起きることが明らかになった。周期を推定することで、使用するチャネル選択を行う方法を検討した。
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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
無線物理空間・センサ情報空間相互情報パッシング法の基礎原理を確立するため、センサ情報空間の相関関係の活用可能性、無線物理空間における電力情報を活用した尤度伝播型の信号分離法の確立した。そして、特定の環境に限定されているが、パッシング法により多数のセンサが同時にアクセスする稠密な状態においても信号分離が可能になることを明らかにしている。この点は、パッシング法の実現可能性を明らかにした点は、一つの進捗結果であると考えている。
また、無線環境の空間的な展開を実現するため、情報を統合分析するためのクラウド連携の方法を提案し、成果を得ている。さらに、異種無線システムとの周波数共用においては、最低化問題として解決法を確立した点は、今後の発展が見込まれる。さらに、無線通信以外の電波利用との周波数共用を検討した結果は、本課題の適用範囲を広げる進捗であるといえる。
これらの研究成果は、学術論文誌に2件、国際会議に2件、国内学会10件において発表を進めており、対外発表も精力的に進めている。このように、当初想定通りの研究成果が得られているが、各技術の高度化や高精度化が必要不可欠であり、来年度以降も継続的に進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度に基本原理を確立した、無線物理空間・センサ情報空間相互情報パッシング法を活用し、稠密無線環境における信号多重伝送の限界を明らかにする。これにより、周波数利用効率の拡大、消費電力の削減、センサ情報集約の高精度化の実現を目指す。
まず、多数のセンサ情報が同時アクセスした場合の信号分離法について、時間、空間などの多次元的な拡張を進める。ここでは、無線物理空間とセンサ情報空間から得られる環境認識情報を、これまで別々に利用することで信号分離を実現していた。これを統合的に用いることで相乗効果を引き出し、信号分離精度の向上を狙う。すでに、環境認識の統合モデル化は平成29年度の段階で導出を進めており、多次元化の検討を開始できる段階である。また、異種無線システムとの周波数共用においては、動的に学習する強化学習型へと発展することで、環境変化に対する適応性を高める。また、センサ情報の時間と空間の相関関係に着目し、情報集約局における環境認識において過剰な情報の削減を進める。これにより、センサの消費電力を削減するとともに、アクセス数を少なく抑え、異種システムとの周波数共用への優位性を高める。
次に、平成29年度の物理空間での情報分離の結果を踏まえ、センサ情報空間・無線物理空間相互情報パッシングを実現するため、センサ情報空間の活用について検討を進める。特に情報の空間相関を活用することで、物理空間の相互干渉を低減するためのアクセス制御を中心に検討を進める予定である。
また、無線機が被る干渉の影響は時間的に変動するため、影響を受けないタイミングの推定を用いたチャネル選択法を今後も検討していく。干渉への耐性は個々の無線機、無線機の場所、干渉源などにより得られる通信性能は異なる。各パラメータの推定をビーコンなどの信号から推定し、複数のパラメータを用いたより効率的な周波数共用法の検討を行う。
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