2021 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of Optimal Route Control System for Small Unmanned Aircraft Movement using Smart Meter Wireless Devices
| Project/Area Number |
21K11875
|
|---|
| Research Institution | Nihon University |
|---|
Principal Investigator |
上田 清志 日本大学, 工学部, 教授 (00738429)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三好 匠 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (40318861)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 重み付けダイクストラ法 / 経路ロック方式 / 輻輳抑制航行制御分散管理手法 / 多階層ネットワーク構築方式 / 移動基地局経路決定法 / 無線ジオフェンス飛行禁止領域回避軌道制御手法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
小型移動機の航空保安無線施設として、電力量情報を転送しているスマートメーター無線デバイスを利用し、住宅が密集した危険な地区の上空（住宅密集地）を極力避けた安全で効率的な航行経路をマッピングした仮想的無線マルチホップネットワークを構築する最適経路制御方式を確立するため、基本方式を確立した。
具体的には、無線マルチホップネットワークで最短ルートを構築するルーティングプロトコルの代表例であるプロアクティブ型のOLSRをベースに住宅密集地にあるリンクのコストを高めた重み付けダイクストラ法を用いることにより危険な住宅密集地を極力避けつつ極力距離を短い経路が構築できる無人移動機宅配経路構築法を確立した。
複数の移動機で経路構築を行うと、同じノードやノード間のリンクを使用されることで移動機同士が衝突する危険がある。そのため、リアクティブ型のルーティングプロトコルの代表例であるAODVをベースに、同じノードを使用しない経路を構築する経路ロック方式と同じリンクを使用しない経路を構築する方式を確立した。高密度に無人移動機が飛び交う環境において、地上のビーコンを用いて無人移動機の輻輳を抑制するための航行制御分散管理手法を確立した。同じノードを使用しない、同じリンクを使用しない経路構築方式では、試用できるノード・リンクが減少し経路構築失敗する確率が上がってしまう。そこで、航行高度の多階層ネットワーク構築方式の検討に着手した。
さらには、災害時等、無人移動機の航行が、より住宅カバー率の高い、より効率的な経路を使用する必要があり、事前取得位置情報に基づいた無人移動機の移動基地局の経路決定法を確立した。
また、危険な飛行禁止区域を無人移動機が航行することがないように、経路構築以外にも無線ジオフェンスを活用することも発案し、無線ジオフェンスによる飛行禁止領域回避のための無人移動機の軌道制御手法を確立した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画として、初年度の達成目標である、小型移動機の航行に適した、住宅が密集した危険な地区の上空（住宅密集地）を極力避けた安全で効率的な航行経路をマッピングした仮想的無線マルチホップネットワークを構築する基本方式を、おおむね確立できたと考える。
住宅密集地にあるリンクのコストを高めた重み付けダイクストラ法を用いることにより危険な住宅密集地を極力避けつつ極力距離を短い経路が構築できる無人移動機宅配経路構築法を確立した。
また、航行高度の多階層ネットワーク構築方式の検討に着手し、リアクティブ型のルーティングプロトコルの代表例であるAODVとプロアクティブ型の代表例であるOLSRをベースに多階層経路構築プロトコルを確立している。ネットワークシミュレータにて提案プロトコルの有効性を検証している。
次年度以降に実施予定の研究課題の検討にも着手し、進捗した。複数の移動機が航行する際、移動機同士が衝突する危険をさけるため、同じノードを使用しない経路を構築する経路ロック方式と同じリンクを使用しない経路を構築する方式を確立した。さらに高密度に無人移動機が飛び交う環境において、無人移動機の輻輳を抑制するための航行制御分散管理手法も確立した。
さらに、研究計画策定時に想定していた技術課題を超える成果を達成した。より住宅カバー率の高い、より効率的な経路を使用することを狙った、災害時における事前取得位置情報に基づいた無人移動機の移動基地局の経路決定法を確立した。経路構築以外にも無線ジオフェンスを活用することも有効と考え、飛行禁止領域回避のための無人移動機の軌道制御手法を確立した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、研究計画通り、研究課題に取り組んでいく。各ノードが、相互通信によりノード間距離、近隣ノード密度、経路利用履歴等から住宅密集地内の一般ノード、住宅密集地外の転送ノード、複数段階の危険度を判定する分散アルゴリズムを明らかにする。危険度の段階数や各段階の判定閾値は各地域によって異なると考えられるため、地域別に住宅密集地情報などを学習し判定論理を最適化する方法を考案する。これにより、他ノードとの相互作用で自律的に各ノードが自らの危険度を認識する判定論理や学習方法を確立する。
研究計画に加えて、複数段階の危険度をもとにして、より安全で効率的な航行経路をマッピングした仮想的無線マルチホップネットワークを構築する最適経路制御方式を確立する。
さらには、無人移動機の自律動作で衝突回避経路を探索するアルゴリズムを進化させる。また、無線接続不安定などにより経路上のノード・リンク故障発生時、小型移動機が到達しているノードから新たに宛先家屋ノードへのルートリクエストを行い、最適経路を再構築する方法を考察する。
|
| Causes of Carryover |
本年度は、新型コロナウイルス感染防止のため、実施予定であった検証実験や、打ち合わせ、学会等への発表費用が変更となった。検証実験体制と実施規模を縮小することになり、購入予定のスマートメーターにも用いられている無線デバイスと、デバイスを制御、信号の中継、ユーザへのサービスアプリケーションの実行、に用いる小型PCによるノード装置台数を減らした。また、研究を円滑かつ確実に推進するための研究分担者とのディスカッションや合同検証がオンライン対応となり、芝浦工大や日大工学部への移動旅費が削減された。さらには、研究成果を広く社会・国民に公開するための、国内のネットワークシステム研究会等の研究会および海外の国際会議のいくつかがオンライン発表となり、旅費が削減された。
次年度は、本格的なナビゲーションの検証を行う。１年目に未購入の、ノード装置を２セット購入する。さらに、計画通り、ドローンを１台購入することにより、ドローン1台でのナビゲーション制御が行われることを検証できる。ノード装置を3セット追加購入し、検証ネットワーク規模を拡充する。
研究分担者とのディスカッションや合同検証を行うため、芝浦工大や日大工学部へ移動する旅費を支出する。研究会および海外の国際会議の会議場への旅費と、電子情報通信学会等の国内学会、IEEE等へ納める研究報告投稿料、論文印刷費、を支出する。
|
Research Products
(7 results)
