2021 Fiscal Year Research-status Report
High-speed data communications and robust network design for next generation wireless communication networks
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21K04544
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
張 勇兵 筑波大学, システム情報系, 教授 (80242353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀田 壽夫 筑波大学, システム情報系(名誉教授), 名誉教授 (10011660)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 通信ネットワーク / SDN / 通信資源割当 / ルーティング / 性能評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代無線通信ネットワークにおいては、Software defined mobile networking(SDMN)技術とNetwork Function Virtualization(NFV)技術がクラウド技術と有機的に組み合わせることにより、ユーザに高速なデータ処理サービスを提供する一方、多様な通信需要に適応して頑強な基盤ネットワークを構築することが求められている。また、大規模ネットワークを介したデータ通信は超高速光コアネットワークを利用するため、光コアネットワークを効率的に構築する必要がある。これまでの研究は、まず、高速なデータ通信サービスおよび信頼性が高く、かつ効率的なネットワーク構築の双方の観点から見て、様々な通信需要に適応して基盤ネットワークとして超高速光コアネットワークおよび基盤ネットワークとユーザとを接続するアクセスネットワークの効率的な構築法を追究し、先行研究で提案された手法より構築コストが低く、高速に求められる手法を提案することができた。次に、データ処理サービスの信頼性を考慮する手法を新たに考案し、ネットワーク資源の故障時においても、先行研究の手法より資源の利用効率がよく、しかも、計算時間が短いことを示した。さらに、次世代移動通信ネットワークに使われる光アクセスネットワークにおいて、ユーザの通信需要に応じて光通信資源を割り当てる問題を線形計画問題に帰着し、その問題を解決するヒューリステック手法を開発し、その効率性・有効性を明らかにした。最後に、機械学習手法を用いて通信トラヒックの実履歴データを分析することにより、異なるアプリケーションの通信需要に合わせて適切なデータ通信品質を保証する手法を開発し、その有効性を明らかにした。
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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
これまでの本研究では、SDNおよびNFV技術をベースに構築されるネットワーク環境において、ユーザからの様々なデータ処理要求に対して効率的に通信コアネットワークおよびアクセスネットワークの効率的な設計問題（問題の解を求めるための計算速度およびネットワーク構築するために必要なストレージ資源の使用量）に着目し、いくつかの解決方案を新たに提案し、その有効性および効率性を明らかにした。また、ユーザの処理要求やネットワーク装置の故障などの不確実性を考慮した場合のネットワーク構築問題を解決するための手法として、benders decompositionやロバスト確率問題解法手法など、いくつか手法を使って、本研究で考えるネットワークの構築問題を解くために試みた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた成果を活かし、今後の研究では、光通信ネットワークにおけるユーザの通信要求の不確実性(nondeterministic traffic)を考慮に入れたネットワーク構築問題に拡張する。そして、数理最適化手法を用いてその問題を二段階の確率最適化問題に帰着し、その最適解または近似解を求めることにする。また、通信品質の高いネットワークの構築問題を考え、通信装置（ノード）、通信線（リンク）、そして、ノードとリンクからなるグループによる故障に対応できるネットワーク保全問題をロバスト最適化問題として考え、その最適解または近似解を求めることにする。さらに、次世代無線通信ネットワークにおいて、ユーザの移動性ならびに通信要求の不確実性によりもたらされるいくつかの不確実性が存在する場合の通信資源装置の配置問題を確率最適化問題に帰着し、benders decomposition手法などの方法を用いて効率的に資源配置問題を解決する手法を試みる予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度では、引き続き本研究を実施することにあたって、様々な条件下でネットワークの構築問題を解き、ネットワークの資源利用効率やユーザのデータ伝送性能を評価するため、大量の数値計算およびシミュレーション実験を行うことが必要である。そのための作業を行うには、筑波大学大学院システム情報工学研究群博士後期課程学生３名を研究補助として雇用する予定である。また、研究成果の発表および本研究に関係する提案手法および今後の発展に関する議論や意見交換のため、関連研究分野に関係する国内外の研究集会に参加し、国内外の研究者と交流する必要がある。
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