2019 Fiscal Year Research-status Report
通信と制御のクロスレイヤ設計による無線制御方式の最適化
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18K04134
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小林 健太郎 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (40583878)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 制御通信 / 無線制御 / クロスレイヤ設計 / 統合最適化 / 誤り訂正符号 / 予測制御 / 802.15.4 / 多元接続 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，産業機器やロボットを無線により遠隔制御を行う無線制御システムについて，通信と制御のクロスレイヤ最適化によるシステムの高性能化に取り組み，以下の研究成果を得た．
・自律分散型の無線制御システムのための多元接続方式の高効率化：自立型移動ロボットの協調制御において，移動による通信範囲内で通信するロボット数の変化により通信衝突率が変化することに着目し，それが制御品質に与える影響について考察した．位置情報を近隣と通信し合うことで集合を行う合意制御について，集合を行うにつれて通信衝突率が増加し，制御品質が劣化することを明らかにした．更に，ロボットが自身の位置情報の重要度を推定することで位置情報の送信率を設定する手法を考案し，通信衝突率を低減，制御品質を改善できることを示した．
・一対多型の無線制御システムのための多元接続方式の高効率化：コントローラが複数のロボットと無線フィードバック制御を行うシステムにおいて，IEEE802.15.4規格を用いた多元接続方式の高能率化に取り組んだ．フィードバック制御の特長であるコントローラと制御対象の間の双方向性に着目して通信タイミングを割り当てる方式を考案し，制御品質を改善できることを示した．また，ブロードキャスト通信を用いてコントローラが制御対象に一括して制御情報を伝送する方式を考案し，更なる制御品質の改善を示した．
・無線制御システムのためのクロスレイヤ冗長化による高信頼化：無線フィードバック制御システムにおいて，制御レイヤで冗長化を行うパケット化予測制御法と，通信レイヤで冗長化を行う誤り訂正符号化法を組み合わせたクロスレイヤ冗長化を考案した．前年度の検討を発展させ，5Gでも採用されたPolar符号を新たに導入した．制御レイヤの冗長化または通信レイヤの冗長化の単体よりも，クロスレイヤ冗長化が高い制御品質が得られることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
サブテーマ(1)（システム制御の理論を応用した通信資源割当方式）については，研究実績の概要に挙げた通りの成果を上げている．
サブテーマ(2)(ROSフレームワークに基づいたネットワーク化制御方式)については，ROSを用いた実験環境を構築していたが，フレームワークの主流が新しいバーション（ROS2）へと移行したことでプロトコルが刷新され，資料の収集と実験環境の整備が一から必要となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
サブテーマ(1)（システム制御の理論を応用した通信資源割当方式）については，本年度の多元接続方式の高効率化と冗長化による高信頼化をさらに発展させ，通信と制御の最適化の検討を深める．
サブテーマ(2)(ROSフレームワークに基づいたネットワーク化制御方式)については，ROS2フレームワークによる無線制御システムの実験環境を構築し，ROS1によるシステムとの通信性能および制御性能の比較を通して，通信と制御の最適化の検討を深める．
本研究課題で得られた研究成果は，電子情報通信学会，IEEEの各研究会・国際会議等を通じて公表し，関連研究者の意見を取り入れ研究を進展させていく．また，得られた研究成果をまとめ，学会論文誌へ投稿し，成果を公表していく．
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| Causes of Carryover |
国際会議の開催地が近隣であったこと，コロナウイルスの影響で出張を取りやめたことから旅費の使用が予定よりも少なかった．また，４月から研究機関が変更となったため，計算機・実験設備の拡充に内訳を変更する予定である．
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