2013 Fiscal Year Research-status Report
飛行体による蓄積運搬型転送を利用した生態及び環境観測システムの研究開発
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25730055
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
山本 寛 長岡技術科学大学, 工学部, 助教 (80451201)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ネットワーク運用技術 |
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| Research Abstract |
本研究では，地形の影響を受けず自由に移動できる飛行体を利用した蓄積運搬型転送技術の確立を目的としている．平成25年度の研究開発では，飛行体DTNの核となる「①ネットワークの通信品質をモデル化する技術」および「②飛行体DTNを用いた観測システムの基本機能の設計」を行った．
第一に①について，世界規模のネットワーク計測サービスから収集した，多数の端末間の通信遅延を長期的に計測したデータセットを解析し，各通信経路におけるネットワーク遅延の時間的変動，および端末間の位置関係(平均的な通信遅延)をモデル化する方法を研究した．まず，自己回帰和分移動平均(ARIMA)モデルによる時系列解析を用いて，各時刻の通信遅延をホワイトノイズの移動平均と過去のデータからの自己回帰により表現する評価モデルを構築した．また，ばねモデルを応用したアルゴリズム(Vivaldi)を用いて，端末間の位置関係を低次元の幾何学空間に写像するモデル化手法を提案した．通信遅延の時間的変動は幾何学空間上の座標の移動として表現でき，さらに各軸の端末の分布から，数百万台の端末の位置関係を生成することも可能である．
次に②について，市販の飛行体であるAR DroneにGPSモジュールを接続し，自身の現在地を把握して目的地の座標まで自律的に飛行する自律飛行方式を研究開発した．また，直接通信することができないセンサノードと管理サーバの間で，データベース(MySQL)の更新差分をAR Droneが蓄積・運搬することでデータベースの同期を実現する，新しいデータベース同期手法を設計・開発した．さらに，AR Droneに3G通信モジュールを増設することで，携帯網の通信範囲内にいる飛行体をインターネット上のどこからでも遠隔で制御し，計測したデータや撮影した画像を収集できる，遠隔監視システムを実装した．
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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
飛行体DTNにおける飛行経路の探索に必要となる，通信経路の品質(ネットワーク遅延)をモデル化する技術を確立した．この研究では，ARIMAモデルを用いた時系列解析により通信遅延の現実的な時間変動を表現できる数学モデルを構築し，さらにばねモデルを応用したアルゴリズムにより端末間の空間的な分布を表現できる幾何学モデルを構築するモデル化手法を実現することができた．
また，飛行体DTNの中核となる飛行体を実現するために，市販の飛行体であるAR Droneをベースに，GPSから得られる位置情報を基に自律飛行し，センサノード・管理サーバ間でデータベースを同期する蓄積運搬型の通信方式の設計・試作を完了した．さらに，携帯網(3G)を通して飛行体の制御および計測データの収集を行うことのできる遠隔観測システムの設計・試作も完了している．
以上のように，平成25年度の目的を達成できたと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は，引き続きDTN環境上の通信品質をモデル化する手法の検討を進める．特にDTN環境では，「端末間の距離が近い時は通信でき，離れている時は通信できない」といったように，端末間のネットワーク遅延だけでなく接続性も時間と共に変動する．このような複雑な通信品質の変動を表現できるように，モデル化の方法を拡張する．さらに，拡張した方式を用いて構築したネットワーク評価モデル上で，センサノードから管理サーバへデータを収集する際の通信品質が最良となるように，飛行体の移動経路等を最適化する方式を検討する．
また，飛行体の移動を妨げる障害物が多い場所でも運用できる飛行体DTN を構築するために，特に飛行体の安定飛行を実現するための機能拡張を検討する．具体的には，方位センサやジャイロスコープを利用することで，風が強い等の理由で飛行体の姿勢が安定しない環境でも正確に目的地の座標まで移動できる，自律飛行アルゴリズムを設計・実装する．さらに，飛行体に備わっている水平・垂直カメラ等のセンシング機能を利用して観測者が指定した場所を観測し，収集したデータを管理サーバまで運搬する蓄積運搬方式も設計・実装する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度の研究開発では比較的安全な環境で飛行体を利用した実証実験を行っていたこともあり，想定よりも少ない消耗品で研究を進めることができた．一方，平成26年度以降の研究開発では飛行体の安定飛行を実現するための機能拡張を検討しており，風が強い環境や障害物(樹木等)が多い環境など，飛行体が壊れやすい状況での実証実験を予定している．そのため，平成26年度に多くの機材を消耗する可能性を考慮し，平成25年度に必要以上の機材を購入することを避けたため，次年度に繰り越す金額が発生した．
前年度と同様に，実証実験を実施するための消耗品，旅費（現地での実験・評価，学会発表，研究打合せ）を予定する．また，学会発表のための参加費や，学会誌等に採録された論文の別刷り代などを予定する．
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