| 研究課題/領域番号 |
21H04878
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分60:情報科学、情報工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪公立大学 (2022-2024)
大阪府立大学 (2021) |
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研究代表者 |
戸出 英樹 大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 教授 (20243181)
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| 研究分担者 |
谷川 陽祐 大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 准教授 (90548497)
近藤 大嗣 大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 准教授 (10844160)
廣田 悠介 国立研究開発法人情報通信研究機構, ネットワーク研究所フォトニックICT研究センター, 主任研究員 (20533136)
藤本 章宏 和歌山大学, 学術情報センター, 講師 (30711551)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
41,470千円 (直接経費: 31,900千円、間接経費: 9,570千円)
2024年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2023年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2022年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2021年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
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| キーワード | 稠密空間分割多重光網 / 経路・周波数・コア／モード割当 / 転送プロトコル / クロストーク / ３層クラウドネットワーク |
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| 研究開始時の研究の概要 |
将来の情報基盤として，光技術を最大限に活かしたエッジコンピューティング網の劇的な容量増大，およびエンド端末機器で構成されたエンドクラウドを加えた3層クラウド網の確立・高度化を目的とし，世界的に鋭意研究が進められている疎な空間分割多重エラスティック光網（Coarse SDM-EON）に対し，より稠密なDense SDM-EONを実用化すべく，稠密な故に深刻化するクロストークなどの信号劣化要因を克服する高度な経路，周波数資源，コア／モード割当制御，光信号劣化に耐性のあるトランスポートプロトコルの設計・開発，先進的な「分散コア・エッジ・エンドクラウド応用基盤技術」を確立する．
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| 研究実績の概要 |
(ア-1) Dense-SDM-EONにおいて，一般化された形態で導出された干渉レベルの異なるコア割当優先度に相当するマッピングパターンを適応的に複合利用する提案割当方式を詳細設計し，多面的な有効性評価を行った．また，数モード・マルチコアファイバ環境下で，コア優先度・転送モードに応じてクロストークインパクトが異なる点を考慮し，経路とモード選択を動的に選択する制御を提案し，クロストークの影響を鑑みて迂回経路を選択すべき状況が存在することを示唆した． (ア-2) Dense SDM-EONの信号劣化障壁を克服する提案トランスポートプロトコルに適用可能なCubic-TCPベースの拡張型輻輳アルゴリズムを提案し，基礎評価を行った．また，機械学習に基づくコア間適応並行転送機構に適した機械学習法を見極めるため，RNN, LSTM，Reservoir Computing (RC) を利用したTCP輻輳ウィンドウの予測機構を比較評価し，RCベースの予測法の優位性を実証した．さらに，Packet Level Erasure Codingと累積ACKを併用した転送法を詳細設計・ソフトウェア実装し，NICTにおいて詳細なプロトタイプ実証実験を行った．(イ) エッジクラウドとエンドクラウドを相互結合し，低い処理負担，高い生存性，高い情報収集・配信能力を達成しつつ網外辺の無線領域を拡張できるネットワーク制御手法の追加評価を行い有効性を示した．また，SkipGraphにおけるレンジキーを改変し，データ変更に伴う接続構造変更を抑制するロバスト化手法，並びにBitTorrentを拡張したエンドデバイス集合への効率的なデータ収集法の提案・基礎評価を行った． さらに追加的に，SDN型計算資源探索機構として，Kubernetes，マイクロサービスを適用した計算資源探索機構の実機性能検証を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
(ア-1) の成果として，一般化された形態で導出した干渉レベルの異なるコア割当優先度に相当するマッピングパターンを適応的に複合利用する提案割当方式の提案及び性能評価の成果がIEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking (JOCN)に採択された．また，数モード・マルチコアファイバ環境における経路とモード選択を動的に選択する制御の提案・評価の成果がIEICE Communications Expressに採択された．(ア-2)の成果として， Dense SDM-EONの信号劣化障壁を克服する提案トランスポートプロトコルは投稿準備中（ただし，追加的に光パケット網基盤上のサービスチェイニング型転送の実証実験をIEEE APNOMSにて発表）であるが，Cubic-TCPベースの拡張輻輳アルゴリズムの成果はIEICE総合大会にて発表した．また，機械学習に基づくコア間適応並行転送機構に適した機械学習法の比較評価について同様に発表した．一方，Packet Level Erasure Codingと累積ACKを併用した転送法を詳細設計，ソフトウェア実装，プロトタイプ実証実験の成果は，IEEE CCNC及びIEICE ICETCの2つの国際会議で発表し，現在論文投稿準備中である．(イ) エッジクラウドとエンドクラウドを相互結合し，計算能力資源を探索する手法の成果をIEEE CCNCで発表した．また，SkipGraph及びBitTorrentベースの資源やセンサ情報の探索技術，さらには追加的にMultiAccess Edge Computing環境における低レイテンシ計算ノード探索のシミュレーション＋実機評価についても評価を行い，それぞれ総合大会発表を行った． 以上の通り，予定通り，かつ一部発展的な成果を得ることができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
(ア-1) Dense-SDM-EON動的資源割当設計・制御に関して，特にマルチコアファイバ(MCF)の稠密構造に応じた性能向上，不均質なネットワーク環境への適応を図る．特に，MCFの多様な配置パターンの中で，クロストーク(XT)を加味した優れたブロッキング性能を有する稠密パターンの探索し，性能限界を追求する．また，ファイバ内コア数や伝搬特性などの不均質なネットワーク資源環境を想定し，各リンクにかかる予測トラヒック負荷に応じて適切なコア数の光ファイバを配置する手法を確立する．
(ア-2) Dense SDM-EONの信号劣化障壁を克服するトランスポートプロトコルに関して，End-to-End遅延に基づく段階的な周期転送を採用した提案TCP転送機構に適した輻輳制御として，パケット衝突時の送信タイミング変更制御を設計する．また，コア・周波数スロット資源の利用情報，及びトランスポート層セッションの通信品質情報を活かした機械学習に基づくInter-Core Adaptive Transport機構を確立する．さらに，Packet Level Erasure Codingと累積ACKを併用した拡張転送法として，経路上マルチコアファイバの複数コアを用いた連携型の並列伝送法，及びクロストークレベルに応じた適応並列伝送法を確立する．
(イ) エッジ・エンドクラウド網環境におけるオブジェクト及び計算資源の検索・取得・配信制御フレームワークの，コーディネータ型(Kubernetesを用いたMEC環境）・P2P型（SkipGraph, BitTorrentベース)・情報指向網型（Resource Breadcrumbsベース）の各アプローチに基づく拡張提案・評価をさらに推進する．
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