リアルタイム無線通信システムの設計と実装に関する研究

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22760264
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 猿渡 俊介 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (50507811)
• Keywords: 通信方式 / 制御ネットワーク

Research Abstract

本研究は,ファクトリーオートメーション(FA),プロセスオートメーション(PA)への応用を目指した無線制御用ネットワークの開発を目的としている.実現目標は,今まさに普及しつつある制御用ネットワーク「EtherCAT」を無線に置き換えることである.このようなリアルタイム無線通信システムの実現に向けては,無線制御用ネットワークに求められる新しい機能要件の抽出,それを実現する無線通信方式,およびそれを動作させるソフトウェア,ハードウェア技術が必須である,
今年度は,平成23年度に設計したGNU RadioとUSRP2を用いてリアルタイム無線制御方式の実装を進めてきた,当初の計画では平成24年度に実装を終了する予定であった.しかしながら,実装の過程においてソフトウェア無線の性能的問題により部分的にしか実装が完了しなかった.GNU Radioは信号処理を全てパーソナルコンピュータ上のLinuxで行う.現在のLinuxはハードリアルタイム処理をサポートしていないため,高いリアルタイム性が求められるリアルタイム無線制御方式の一部の実装が困難であった.具体的には,シンボルタイミング同期によるFFT開始点の抽出の実装で問題が発生した.
これまではハードリアルタイム処理を要する無線通信をソフトウェア無線で実現する場合は,FPGAを用いることが一般的であった.しかしながら,パーソナルコンピュータによって実現されたアプリケーションプラットフォームの柔軟性を無線通信技術で最大限に活用するためにはGNU Radioの枠組みのままパーソナルコンピュータ上でハードリアルタイム処理を実行できることが望ましい.このような観点から,今年度はパーソナルコンピュータ上でハードリアルタイム処理を行う仕組みの研究を行った.

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

実装の過程においてソフトウェア無線の性能的問題により部分的にしか実装が完了しなかった.GNU Radioは信号処理を全てパーソナルコンピュータ上のLinuxで行う.現在のLinuxはハードリアルタイム処理をサポートしていないため,高いリアルタイム性が求められるリアルタイム無線制御方式の一部の実装が困難であった.具体的には,シンボルタイミング同期によるFFT開始点の抽出の実装で問題が発生した.

Strategy for Future Research Activity

これまではハードリアルタイム処理を要する無線通信をソフトウェア無線で実現する場合は,FPGAを用いることが一般的であった,しかしながら,パーソナルコンピュータによって実現されたアプリケーションプラットフォームの柔軟性を無線通信技術で最大限に活用するためにはGNU Radioの枠組みのままパーソナルコンピュータ上でハードリアルタイム処理を実行できることが望ましい.このような観点から,パーソナルコンピュータ上でハードリアルタイム処理を行う仕組みの研究を行った上で,リアルタイム無線方式の実装に再度取り組むことを検討している.

Research Products

• [Journal Article] Lightweight Lower-than-Best-Effort : 携帯電話センシングのための軽量な低優先度通信機構 (2012)
  • Author(s): 山本享弘、猿渡俊介、森川博之
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌 Volume: 53(掲載予定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PAVENET OS : A Compact Hard Real-Time Operating System for Precise Sampling in Wireless Sensor Networks (2012)
  • Author(s): S.Saruwatari, M.Suzuki, H.Morikawa
  • Journal Title: SICE Journal of Control Volume: 5 Pages: 24-33
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] センサデータベースマネージャにおける問合せ処理とデータ圧縮の同時最適化 (2012)
  • Author(s): 猿渡俊介, 高木潤一郎, 川島英之, 倉田成人, 森川博之
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌 Volume: 53 Pages: 320-335
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Piggyback Transport Protocol : Participatory Sensingにおける低消費電力なアップロードエンジン (2012)
  • Author(s): 山本享弘、猿渡俊介、南正輝、森川博之
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌 Volume: 53 Pages: 274-285
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ブルームフィルタを用いたウェイクアップ型無線通信システム (2011)
  • Author(s): 石田繁巳, 瀧口貴啓, 猿渡俊介, 南正輝, 森川博之
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌 Volume: J94-B Pages: 1397-1407
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GNU Radio～私の研究開発ツール～ (2011)
  • Author(s): 猿渡俊介
  • Journal Title: 映像情報メディア学会誌 Volume: 65 Pages: 1186-1189
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DLNA Probe : DLNAデバイスの操作履歴取得システム (2011)
  • Author(s): 猿渡俊介, ヨハンイェルム, 小田稔周, 森川博之
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌 Volume: 52 Pages: 1693-1705
  • Peer Reviewed
• [Presentation] uTupleSpaceを用いたセンサ利用サービスの開発を支援する「実世界開発スクジオ」の提案と評価 (2012)
  • Author(s): 森皓平, 中村隆幸, 柏木啓一郎, 荒川豊, 中村元紀, 松村一, 東島由佳, 石田繁巳, 猿渡俊介, 翁長久, 森川博之
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告,ユビキタス・センサネットワーク研究会
  • Place of Presentation: 三重県鳥羽市
  • Year and Date: 2012-01-19
• [Presentation] 携帯電話センシングに向けた低優先度通信機構の実装と評価 (2012)
  • Author(s): 山本享弘, 猿渡俊介, 森川博之
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告,ユビキタス・センサネットワーク研究会
  • Place of Presentation: 三重県鳥羽市
  • Year and Date: 2012-01-19
• [Presentation] ソフトウェア無線機開発支援プロファイラの設計とバッファリングによる最大遅延時間の測定 (2011)
  • Author(s): 菅沼久浩, 長縄潤一, 鈴木誠, 猿渡俊介, 森川博之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] 携帯電話における低消費電力低優先度通信の実装評価 (2011)
  • Author(s): 山本享弘, 猿渡俊介, 森川博之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] uTupleSpaceを利用したCO2排出量可視化の実証実験 (2011)
  • Author(s): 中村元紀, 中村隆幸, 荒川豊, 東島由佳, 柏木啓一郎, 森皓平, 松村一, 石田繁巳, 猿渡俊介, 翁長, 久, 森川博之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] 分散スペクトラムセンシングに向けたスペクトラムセンサの設計 (2011)
  • Author(s): 金昊俊, 長縄潤一, 鈴木誠, 猿渡俊介, 翁長久, 南正輝, 森川博之
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告,無線通信システム研究会
  • Place of Presentation: 沖縄県中頭郡
  • Year and Date: 2011-06-23
• [Presentation] Distributed Spectrum Sensing Utilizing Heterogeneous Wireless Devices and Measurement Equipment (2011)
  • Author(s): J.Naganawa, H.Kim, S. Saruwatari, H.Onaga, H.Morikawa
  • Organizer: Proceedings of the 2nd IEEE International Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN'11)
  • Place of Presentation: ドイツ、アーヘン
  • Year and Date: 2011-05-04