2021 Fiscal Year Research-status Report
ドローンを用いた大規模災害時臨時無線ネットワークにおける情報伝送の低遅延化
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19K04392
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
岡田 啓 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (50324463)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大規模災害 / 臨時無線ネットワーク / ドローン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大規模災害時には，安否情報や被災状況の把握などのために通信手段の確保が重要となる．しかし，通信インフラの破壊，通信施設の機能停止，通信需要増大によるネットワークの混雑などにより通信障害が発生することが想定される．そこで本研究では臨時通信システムとして，ドローンを用いて臨時無線ネットワークを構築することを目指す．本システムでは上空にネットワークを構築することで，ドローン間やドローンと地上ユーザ端末間の見通しを確保し，無線通信路の安定化を図ることができる．しかし，大規模災害時には十分な台数のドローンを確保できず，そのことが遅延時間の増加につながるなど，いくつかの課題がある．
2021年度では，低遅延化を図ることができる飛行パターンについて検討した．2019年度に検討した反発飛行では，各ドローンは他のドローンがお互いの通信範囲内に入った場合，位置情報を交換してドローン同士が反発する方向に目的地を決め直す．反発飛行を導入することでドローンの分布をより均一にすることで遅延を改善した．しかし，反発飛行では目的地を決める際に反発相手のドローン1台の位置情報を使い，複数のドローンの位置情報を同時に考慮しない．
そこで，複数のドローンとの情報交換を通して複数の位置情報を同時に利用することを検討した．マルチエージェントシステムにおける配置を扱う被覆制御に注目し，ボロノイ分割を利用した新たな飛行パターンを提案した．提案飛行パターンでは被覆制御をそのまま適用するのみでなく，これを拡張して通信範囲外となったドローンの位置を通信時の目的地から予測してボロノイ領域を計算する．さらに，ドローンの予測位置に対して重みを設定することで重み付きボロノイ領域を用いる．シミュレーション結果から，提案飛行モデルは予測位置の重みを適切に設定することでネットワークの遅延特性を改善できることを示した．
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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
申請書において，2021年度は (iii)ドローンが飛行することによる機体の傾きが通信路に与える影響を考慮した飛行パターンを検討することを予定していたが，これについては2020年度に十分な成果が得られていた．
そこで2021年度は研究実績の概要で述べたように，低遅延化を図るための飛行パターンとして申請書では予定していなかったボロノイ分割を利用した新たな飛行パターンを提案した．これは，複数のドローンとの情報交換を通して複数の位置情報を同時に利用して目的地を決める．対象となる領域でドローンの密度が大きいほどドローンは多くの他のドローンの位置情報を知る機会が増え，それら複数の位置情報を考慮した移動をすることで遅延をより小さくできると考えられる．さらに，ドローンの予測位置に対して重みを設定する重み付きボロノイ領域を用いることも提案している．提案飛行パターンでは重みの減衰方法や存続時間を変化させることで，従来の飛行パターンとは異なりドローンの領域内での分布や移動具合を変化させることができる．それにより，従来の飛行モデルに対してネットワークの遅延を短縮することができるのを示した．
このように，当初目的を達成することができ，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度では，複数のドローンとの情報交換を通して複数の位置情報を同時に利用することを検討し，ボロノイ分割を利用した飛行パターンを提案した．この提案手法ではユーザが一様に分布することを仮定してボロノイ領域を作成した．しかし，実際にはユーザ分布は一様ではなく偏りが発生する．これにより提案方式の性能が劣化するこが予想される．
そこで2022年度では，ユーザの分布が不均一な環境のためのドローンの飛行パターンを提案する．提案飛行パターンは被覆制御に基づいており，密度関数を使ったボロノイ領域を利用する．そこで，ユーザの分布が事前にわかる場合とそうでない場合を検討する．また，ドローンが少ない場合の遅延改善のために，目的地決定動作に関して目的地を一定期間維持するようにし，目的地到着後の移動にランダム性を持たせる．提案方式の性能を評価するため，不均一なユーザ分布でのシミュレーションを行う．この結果から，従来の飛行方式と比較してユーザの分布を考慮することで平均メッセージ伝達遅延時間が小さくなることを示す．
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| Causes of Carryover |
（理由）新型コロナウイルス感染拡大防止のため，多数の会議がオンライン開催となった．このため，当初，予算に計上してあった国内旅費，外国旅費について予定通りに執行することができなかった．
（使用計画）今年度，予算に計上してあった国内旅費，外国旅費について，次年度はより積極的に会議に参加するとともに，研究成果の発表を行うことで，これらに要する旅費や会議参加費，論文掲載料に充てる．
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Research Products
(6 results)
