2015 Fiscal Year Annual Research Report
超大規模M2Mネットワークにおけるスケーラブルな経路制御に関する研究
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26280031
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
長谷川 亨 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (70576264)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津川 翔 筑波大学, システム情報工学研究科(系), 助教 (40632732)
小泉 佑揮 大阪大学, 情報科学研究科, 助教 (50552072)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 移動管理 / 経路集約 / モバイルインタネット / 携帯電話網 / LTE / ゲーム理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膨大な数のM2Mデバイス移動を管理する経路制御プロトコルの設計を完了し，次世代携帯LTE網上で動作させる機構を追加した．さらに，これまでアクティブなM2Mデバイスを対象としていたのに対して，アイドルなM2Mデバイスを扱えるように拡張した．
第一に，経路集約については，初年度のディスタンスベクトル型では，下流から上流へしか経路集約できなかったのに対して，リンクステート型の経路制御プロトコルに拡張することにより，任意の方向からの経路を集約できるように一般化した．これにより，任意のトポロジーのネットワークで設計した経路制御プロトコルを使用可能にした．
第二に，経路制御プロトコルの弱点である新たな経路情報が定期的に広報されるまで，移動したM2Mデバイスへのメッセージが配達されない弱点を解決するアンカー方式を設計した．アンカー方式は，M2Mデバイスの移動前後のエッジルータ間にトンネルを設定し，移動したM2Mデバイスへはトンネルを用いて配達する．これにより，従来の約90%であった配達率をほぼ100%に向上させた．
第三に，従来扱えなかった，移動後アイドル状態に遷移したM2Mデバイスを発見，起動する起動するデバイス発見機構を設計した．ProSeなどの携帯電話網が提供するD2D(Device-to-Device)機能を利用することで，従来のアイドル状態のM2Mデバイスを発見するページングメッセージ数を大幅に削減した．
第四に，本経路集約方式において，M2Mデバイスへのメッセージの配達に携帯端末を協力させるインセンティブ機構について，昨年度に，定式化した2ステージの順序ゲームに対して，携帯電話網で測定した無線品質やスループットの測定値を基に精度を高め，現実的な携帯電話網において，ゲームが収束すること，すなわち，十分な数の携帯端末の協力が得られることを証明した．
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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
２年目の目標は，（１）膨大な数のM2Mデバイスを移動管理する経路情報数を，階層化などを用いて経路集約する方式を設計すること，（２）移動を管理する経路制御プロトコルの評価モデルを確立することを、以下の通り達成している．
（１）経路制御プロトコルの設計：宛先への経路情報を弱い状態用いて集約することは，経路情報をブルームフィルタにより初年度に達成した．本年度は，経路表全体をネットワークの全ルータに広報するフラットなディスタンスベクタ型から，リンク状態型の経路制御プロトコルに拡張した．この結果，変更のあった経路情報を，アクセスネットワーク，コアネットワークの順に階層的に広報することを可能とし，広報する経路情報数を削減した．さらに，フラットな経路制御プロトコルの弱点である新たな経路情報が定期的に広報されるまで，移動したM2Mデバイスへのメッセージが配達されない弱点を解決するアンカー方式を設計し，従来の約90%であった配達率をほぼ100%に向上させた
これまでアクティブな状態のM2Mデバイスの移動しか管理できなかったのに対して，アイドルな状態のM2Mデバイスを扱えるように拡張した．携帯網全体にM2Mデバイスを発見するページングメッセージをブロードキャストするしかなかったのに対して，ローカル通信と携帯通信の発見機構を階層的に利用することで，ブロードキャストが必要なケースを半減した．
（２）評価モデル：経路制御プロトコルが設計通りの性能を実現するには，他人の携帯端末がM2Mデバイスのメッセージの転送に協力することが必須である．初年度に開発した，携帯端末の協力を2ステージの順序ゲームとして評価するモデルに対して，携帯端末の密度や移動などのモデルの重要パラメータを，携帯電話網で測定した無線品質やスループットの測定値を基に推定した．この結果，協力端末数を評価するモデルの開発を完了した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，（１）移動管理用の経路制御プロトコルを完成し，マクロとマイクロの位置管理用のプロトコルを統合するとともに，（２）情報指向ネットワーキング(ICN: Information Centric Networking)や5Gネットワークなどの将来ネットワークに適用するための拡張を行う．
（１）前年度に開発した携帯網のコアで動作するアンカー方式(マクロ位置管理)と，携帯のセル内のM2Mデバイスを発見する方式(マイクロ位置管理)を密に結合して，コア網とセル内のM2Mデバイスの位置をシームレスに管理することを可能にする．さらにM2Mデバイス発見方式については，LTEのD2D(Device-to-Device)通信に加えて，近い将来普及が予想されるWi-Fi Awareを使用可能なように拡張する．さらに，統合した経路制御プロトコルが実際の携帯電話網において，想定した性能が出ることをシミュレーション評価するため，携帯電話網において，評価用の無線品質やM2Mデバイスの移動パタンを測定する．
（２）ICNの名前ルーティングに対応できるように，経路制御プロトコルを拡張する．まず、フラットな識別子を階層的な名前を広報できるように拡張する．次に，ICNにおいては，情報のソースが移動したり，情報がキャッシュにコピーされるため，M2Mデバイスが提供する情報がホップ数や電力消費の観点で，最適な位置のキャッシュから取得できるように経路情報の広報の方式を拡張する．また5Gネットワークは複数の無線ネットワークから構成されるため，経路制御プロトコルを管理主体が異なる複数のネットワークで動作できるように拡張する．
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| Causes of Carryover |
平成27年度は経路集約方式を携帯電話網上で動作させる拡張について，国際会議で発表する予定であったが，論文が採録された国際会議が平成28年4月開催であった．このため，平成27年度に使用予定であった出張費が平成28年度に繰り越しとなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度に未使用であった国際会議の出張費用は，平成28年度に執行する．
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