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3次元ドローンメッシュネットワークにおける高効率アクセス制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19J13386
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分21020:通信工学関連
研究機関日本工業大学

研究代表者

設樂 勇  日本工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードドローン / 中継伝送 / 通信効率 / アクセスプロトコル / オーバリーチ干渉 / アクセス制御 / クロスレイヤ
研究開始時の研究の概要

ドローン用無線メッシュネットワーク(NW)の実現には「無指向性アンテナを用いた場合の伝送効率の低下」およびドローンが障害物の少ない空中を飛行することによる「自由空間伝搬による想定以上のオーバーリーチ干渉」の二つの問題がある.これらの問題はNWの形状や物理層の干渉などを考慮した方式の検討が必要となる.そのため,本研究ではドローン用無線メッシュNWを実現するために,これらの課題を解決する高効率なアクセス制御プロトコルの考案/評価する.最終的には考案方式を無線デバイスに実装し,実際にドローンを飛行させて方式の有効性を確認する.

研究実績の概要

本研究の目的は,ドローンネットワーク実現のために高効率なアクセス制御プロトコルを考案し,実環境においても高通信効率を実現することである.ドローンネットワークの通信効率低下の要因として各ドローンの相互干渉や宛先ドローンよりも先のドローンへの電波が到達することによるオーバリーチ干渉などがある.本研究ではこれらの問題を解決するために,指向性ビームを使用したドローンネットワークのオーバリーチ干渉を低減するMAC(Medium Access Control)層のアクセス制御プロトコルの検討を行ってきた.本年度は昨年度に検討を行っていた提案技術のアクセスプロトコルの見直しを行った.これまでのアクセス制御では中継ドローンは受信電力から自身を中継ドローンか否かを判断していたため,中継距離が遠くなると各ドローンの受信電力差が小さくなり中継時に競合する場合があった.そこでこの課題を解決するために,中継時のアクセス制御にCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式に使用されているバックオフアルゴリズムを用いることで各ドローンの受信電力差が小さい条件でも中継ドローンが競合せずに中継可能な方式を検討した.これにより中継ドローンの競合を回避できるほか,従来の1ホップ通信と比べて約2倍スループットが向上することを確認した.
また,昨年度に引き続き提案方式を評価するためにレイヤ統合シミュレーションツールの開発も併せて行った.本年度は物理層のレイトレースシミュレータを変更することで,ガードインターバル長を超える伝搬遅延波の影響を含めて評価可能となった.これにより,従来評価が難しかった現実環境に近い条件での計算シミュレーションが可能となる.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Theoretical analysis of interference between directional beams in drone-based 3D mesh network2020

    • 著者名/発表者名
      Shiraki Nobuyuki、Hiraguri Takefumi、Shitara Isamu、Honma Naoki
    • 雑誌名

      IEICE Communications Express

      巻: 9 号: 3 ページ: 72-76

    • DOI

      10.1587/comex.2019XBL0128

    • NAID

      130007804773

    • ISSN
      2187-0136
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Cooperative Transmission Scheme in Drone-Based Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Hiraguri Takefumi、Nishimori Kentaro、Shitara Isamu、Mitsui Tsutomu、Shindo Takuya、Kimura Tomotaka、Matsuda Takahiro、Yoshino Hideaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Vehicular Technology

      巻: 69 号: 3 ページ: 2905-2914

    • DOI

      10.1109/tvt.2020.2965597

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 三次元クロスレイヤシミュレータの開発2021

    • 著者名/発表者名
      設樂 勇,平栗健史,谷口諒太郎,西森健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会CQ研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Development of 3D Cross-Layer Simulators2021

    • 著者名/発表者名
      Isamu Shitara, Takefumi Hiraguri, Taniguthi Ryotaro, Kentaro Nishimori
    • 学会等名
      2020 International Symposium on Antennas And Propagation
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レイトレースを用いた3次元クロスレイヤシミュレータの検討2020

    • 著者名/発表者名
      設樂 勇,平栗健史,谷口諒太郎,西森健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会通信ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レイトレースを用いた3次元クロスレイヤシミュレータの開発2020

    • 著者名/発表者名
      設樂 勇,平栗健史,谷口諒太郎,西森健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会CS研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ドローンネットワークにおけるクロスレイヤ通信品質評価の一検討2020

    • 著者名/発表者名
      設樂 勇,平栗健史,進藤卓也,西森健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Massive MIMOを用いたドローンメッシュネットワークにおける通信手法の一検討2019

    • 著者名/発表者名
      設樂勇,森野善明,進藤卓也,平栗健史
    • 学会等名
      電子情報通信学会CS研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ドローンネットワークへのMassive MIMO技術の適用と通信方式の検討2019

    • 著者名/発表者名
      設樂 勇,平栗健史
    • 学会等名
      電子情報通信学会CQ研究会学生ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ドローンメッシュネットワークにおけるMassive MIMOを用いた通信手法の一検討2019

    • 著者名/発表者名
      設樂 勇,進藤 卓也,平栗 健史
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会ソサエティ大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 指向性ビームを用いた群れドローンネットワークにおける通信方式の一検討 (Poster Presentation)2019

    • 著者名/発表者名
      設樂 勇,谷口 諒太郎,西森 健太郎,平栗 健史
    • 学会等名
      革新的無線通信技術に関する横断型研究会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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