2023 Fiscal Year Annual Research Report
Design of a Disaster Information Sharing System Using Information-Centric Wireless Networks
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21H03436
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
三角 真 福岡大学, 工学部, 助教 (50647419)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 遼 福岡大学, 工学部, 講師 (00881989)
上山 憲昭 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (90710294)
森 慎太郎 福岡大学, 工学部, 助教 (90734913)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 情報指向ネットワーク / 遅延耐性ネットワーク / 耐災害ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
災害時に被災者の端末から道路の被災状況などの情報を収集して避難行動に活用するモバイルクラウドセンシング(MCS)にて、攻撃者が収集データを歪める攻撃が考えられる。そこで攻撃の影響が最小化するよう各地域から収集するデータの数を最適化する方式を検討した。また災害時にはセルラーネットワークの基地局にキャッシュを設置するモバイルエッジキャッシュ(MEC)が有効となる。そこで低信頼なキャッシュを用いて信頼性の高いMEC配信を実現するキャッシュ挿入法を検討した。
また、キーワード型ICDTNにおいて、ノードのバッファに保存されるコンテンツによる影響を解明するために、グラフ上のランダムウォークによる類似コンテンツ発見時間を解析的に導出した。本指標を導出する上では、ランダムウォークによる被覆時間、および、目標とする類似度のコンテンツがノードのバッファに滞在する確率に着目した。本解析を通して、類似コンテンツ発見時間の支配項を明らかにすることができた。
さらに災害時に通信インフラが使用不可能な状態にいて、避難者端末自身が収取した被災地内で収取した道路の故障情報など(災害情報)を、避難者端末間で効率的に共有する必要がある。そこで、特定の避難者端末の一部を、他の端末から受け取った災害情報を蓄積・他の端末に伝搬するモバイルキャッシュとすることで、少ない通信回数で災害情報を共有する手法を検討した。
くわえて、被災地域において地上に敷設された無線通信システムが利用できない場合を想定し、上空移動ノードとしてUAV（Unmanned Aerial Vehicle）を用いたデータ収集方式を検討する。具体的には、地上移動ノードにより取得された安全情報・安否情報等の多数の小容量データ、および被災状況を把握するための動画・画像等の大容量データを対象とし、UAVを用いたデータ収集手法を開発する。
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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
複数のエリアに分割されたMCSを想定し、平均からの誤差に応じてワーカの重みを設定し、重みづけ平均で真値を推定する場合に、推定誤差の総和が最小となるよう各エリアの収集データ数の算出法を検討した。そして１件の査読付き国際会議に採録された。またMECにおいて基地局に複数のLRUで置換するエッジサーバ(ES)が設置され、erasure codingを用いて冗長チャンクを生成し、複数のESからチャンクを受信する場合に、コンテンツの取得成功率が最大となるチャンクのESへの挿入確率を遺伝的アルゴリズムで導出した。
また、キーワード型ICDTNは、従来のICNおよびDTN、さらにはキーワードにもとづく要求解決を組み合わせた複雑なネットワークである。このため、シミュレーションだけではキーワード型ICDTNの特性を十分に理解することはできなかった。そこで、シミュレーションではなく数値解析を通して、より詳細にキーワード型ICDTNの特性を分析することに成功した。
さらに、モバイルキャッシュの選択手順、モバイルキャッシュを介した災害情報交換手順、モバイルキャッシュ不在の集団におけるモバイルキャッシュの再選択の手順を検討した。また、我々の開発する、実際の地理情報を用いたマルチエージェントシミュレータ(MAS)にて、提案したモバイルキャッシュの挙動を確認した。
くわえて、UAVを用いたデータ収集方式の検討に先立ち、実フィールドにおける実証実験環境の構築が最重要課題である。そこで、地対空統合型無線通信実験が可能な実証フィールドの構築をすすめ、実際にUAVを飛行させ、ICNプラットフォームを用いたセンシングデータの取得および鳥瞰動画配信テストを実施した。本実験を通じて、UAVを用いた撮影困難な場所、鳥瞰、ならびに動画像の撮影により、被災状況把握手法のデータ補完技術開発に向けた課題を洗い出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
MCSにおいて攻撃者が推定誤差を最大化する攻撃を防御するため、各ワーカが送信する測定データを複数の部位(シェア)に分割し、サーバに送信する秘密分散を用いることで、ワーカの測定値を攻撃者に対して隠匿する方式を検討する。またコンテンツの要求頻度が変化する場合を想定し、ESへのチャンクの挿入確率を強化学習により適応的に設定する技術を検討する。
また、シミュレーションおよび数学的解析を通してキーワード型ICDTNの有効性を明らかにできたものの、本ネットワークを実際にどのように実装し運用するのかという議論が不足している。そこで、他の課題を遂行することで得られた成果を応用しつつ、キーワード型ICDTNにおける実用上の課題を克服する。同時に、本研究によって得られた成果を国外に発信するため、国際会議および雑誌論文の投稿も目指す。
さらに、モバイルキャッシュの基本的な挙動の検討、モデル化、それらのMASへの実装を実施した。今後は、提案手法が情報の伝搬に与える影響、伝搬した情報が避難品質に与える影響について評価し、状況に応じた適切なモバイルキャッシュのパラメータを検討する。
くわえて、UAVを用いたデータ収集方式の検討を行うため、実証実験環境の構築に注力し基礎評価を実施したが、鳥瞰動画配信アプリを支えるためには、既存の周波数スペクトラムでは不十分ことも多く、より高い周波数での運用が必須であることも明らかとなった。そこで、ミリ波通信のUAVへの適用を継続して検証し、また地上移動ノードが静止または移動する環境を想定した適応制御技術の開発を通じて、データ配信手法に関しても検討する。
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