災害対応を支援するUAVネットワークとMEC技術の高度融合に関する研究開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K19779
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 川本 雄一 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (30778783)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 無線通信 / 無人航空機 / エッジコンピューティング

Outline of Annual Research Achievements

本研究開発では，大規模災害時等の通信インフラが利用不可能な状況において，無人航空機（UAV）ネットワーク及びモバイルエッジコンピューティング（MEC）技術の融合により，柔軟かつ迅速に，高度な災害対応アプリケーションの利用環境を提供可能な自律分散通信プラットフォームを構築するための基盤技術創出を目指す．具体的な課題として，同環境における通信・計算資源の配分UAVの配置・移動について検討を行い，時々刻々と変化する無線通信環境やユーザ要求，サーバ負荷等を統合的に制御するアルゴリズムを開発することを目指している．これにより，将来の高度情報社会を実現するUAVネットワーク×MEC技術による新たな通信プラットフォームの創造に貢献することを目的としている．
そこで，2年目である本年度は，最終的にプロトタイプとして実通信機及びサーバに同技術を適用し，検証実験により性能評価を行うために必要な，数理モデルの拡張を行った．拡張の方向性としては，想定システムにユーザの移動や地理的な分布，要求発生や無線通信環境の時刻変化，ハンドオーバといった要素が通信に与える影響を検討し，各要素の相関関係を整理しながら数理モデル化を行った．
そしてこのモデル化を基に，想定システム全体の通信品質最良化を実現させるUAVの最適な配置や移動方向を自律分散的に制御・決定するアルゴリズムの提案を行った．また提案アルゴリズムについて，構築した数理モデルを利用したコンピュータシミュレーションを実施し，結果を基に提案アルゴリズムの性能改善を行いながら，その有効性を確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り，第2フェーズの要素追加によるモデル拡張とUAVの配置・移動の追加検討を実施し，第1フェーズで得られた検証結果も考慮しつつ，コンピュータシミュレーションによる検証・評価を行う段階まで到達できたため．また，並行して今回得られたアルゴリズムと数理モデル設計を利用し，次フェーズのプロトタイプ作成に向けての基礎設計を行うこともできたため．

Strategy for Future Research Activity

次年度は，計画に沿い，第3フェーズの最終到達点にあたる検証実験の実施に向けて，これまでの提案を基に全体システムの設計及び最適化，プロトタイプの理論構築を実施する．また，ユーザ及びUAVの電力消費についてもパラメータとして追加検討し，前年度と本年度で構築されたアルゴリズムを全体システムと統合・協調動作させていくことで，より最適なシステムを設計していく．
最終的には開発技術を基盤に，保有するシールドルーム及びトラヒック発生装置を利用することで実環境を模擬設定し，プロトタイプを実装した通信機及びエッジサーバによる実機検証を行う予定である．
加えて，これまでの研究成果をまとめ，学会発表や論文投稿などのアウトプットを通して，社会に新たな通信のための基盤技術を積極的に発信していく予定である．

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響により，参加を計画していた学会や成果報告会がオンライン化し，当初の予定と比較し旅費の利用が少なくなったため．今後は対面での参加を見据えているため，旅費における利用も増加する予定である．また，さらなる全体システムの設計や実機実験に必要になることが想定される通信機，トラヒック発生装置等の機器の追加購入は，本研究開発の目的達成に向けて時期と必要な規格・仕様を見極めつつ行っていく予定である．