2022 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 | 通信資源割当 / ルーティング / 性能評価 / SDN / 移動通信技術 / 光通信技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代無線通信ネットワークを効率的でかつ効果的に構築するには、高速光通信技術を活用する上でSoftware defined mobile networking(SDMN)技術およびNetwork Function Virtualization(NFV)技術を組み合わせることが期待されている。ここで、ユーザに高速なデータ通信サービスを提供する一方、不確実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。さらに、コアネットワークを介したデータ通信は効率的に超高速光ネットワークを利用する必要がある。本年度における研究課題は、まず、高い信頼性でかつ効率的なネットワーク構築の観点から、様々な通信需要に適した超高速光基盤ネットワークおよび基盤ネットワークと末端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、ネットワークの構築コストとネットワーク性能との均衡関係に着目した研究であった。その結果、与えられた通信需要に対してスイッチング装置やトランシーバを含むネットワーク構築コストとの効率的な均衡関係を明示することができ、さらにデータ通信の信頼性を考慮する手法を新たに考案し、ネットワーク装置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、提案方式の解を求める計算時間が先行研究より短いことを示した。次に、これからユーザの需要が多様化し、情報システムが動的な構成されるなどにより、通信需要が不確定の際の光通信資源の割当問題に焦点を当て、昨年度に本研究で提案した光通信資源を割り当てるための線形計画問題をさらに発展し、Γ-ロバスト最適化問題として定式化し、その問題を解決する方法を示した。また、ネットワーク規模が大きくなった場合、この最適化問題を効率的に解くための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。
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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超高速光通信ネットワークにおいて、使用する光通信装置により構築できるネットワーク構成などの制限を考慮し、効率的にコア通信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、ネットワーク構築コストと得られるネットワーク性能との均衡関係を明らかにした。また、通信需要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、これまでに提案した線形計画手法をΓロバスト最適化問題へ拡張し、また、その解法手法を明らかにした。さらに、大規模ネットワークにおいてもその問題を効率的に解決できるようなヒューリスティック手法を提案した。
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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、ユーザの移動性および変化する通信要求の不確実性(nondeterministic traffic)を考慮に入れた次世代移動通信ネットワークの構築問題に拡張する。ここでSDNおよびNFV技術により、無線バースステーションや無線基地局を仮想化し、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。第１段階では、ユーザの通信需要に応じて無線基地局とベースステーションにおける通信処理装置の設置問題を線形最適化問題として定義し、第２段階では、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あ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手法などの方法を拡張し、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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