| 研究課題/領域番号 |
18KK0277
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
宮永 喜一 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (20166185)
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| 研究分担者 |
山本 学 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (20301939)
日景 隆 北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (30312391)
ShariatiMoghadam Negin 北海道大学, 国際連携研究教育局, 講師 (80830116)
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| 研究期間 (年度) |
2019-02-07 – 2021-03-31
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| キーワード | マルチメディアIoT / エネルギーハーベスト / 自律無線ネットワーク / ソフトウエア・ハードウエア協調設計 / 低消費電力技術 / 無線通信ネットワーク / ディジタル信号処理 / 回路とシステム |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，マルチメディアIoTネットワークの提案・設計・開発を目的としている。その特徴は，無線通信方式において，安定な通信のため，自律的に制御しながら通信性能を最適化するコグニティブ方式を採用。すべてを低消費電力アーキテクチャにより設計し，少ない電力消費で，様々な仕様のシステムを動的に実現する極低消費電力型無線通信システムの実現。さらには，ナチュラルエネルギーハーベスティングに基づくシステム動作を実現することである。
2018年度において，上記の各方式設計およびフィールド実験のための評価システムの整備などを行った。特に，主な実験フィールドは，シドニー工科大学（UTS，シドニー，オーストラリア）であるため，Xiaojing Huang教授を中心としたUTS研究チームと，北大側のチームとの実験内容の打合せや関連する設備などの準備を行った。本研究での研究項目は，以下の3点であり，その各々の研究実績概要は次の通り。
(1) 調和型無線通信ネットワークの研究： 調和型無線通信とは，通信チャネルの状態だけではなく，周辺デバイスの通信状況も考慮して，安定（途切れない無線）で高速な無線通信を実現する新方式である。2018年度では，高効率な耐干渉・耐雑音通信を融合した無線D2MD用の調和型無線通信方式の設計を行った。
(2) 極低消費電力型高速無線通信システムの研究：（1）の方式に基づいた低消費電力指向の無線D2MDネットワークの設計を行った。本研究開発では，新技術による学術的な貢献だけではなく，有効性の高い応用システムも設計・開発する。
(3）低消費電力指向D2Dセキュア無線ネットワークの研究： 目標としている無線ネットワークシステムは，エネルギーハーベスティングによる電力供給を仮定しており，必要エネルギーの見積りを行い，対応する回路仕様の検討を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2018年度は，初年度であり，国際共同研究の立ち上げを速やかに実施することが最初の課題となる。共同研究先であるシドニー工科大学には，年度後半より，複数回の研究打合せを行い，具体的な実験内容や評価方法などについて検討した。結果として，本共同研究の各研究項目については，当初の目的に沿った内容で進んでいる。
(1) 調和型無線通信ネットワークの研究： 高効率な耐干渉・耐雑音通信を融合した無線D2MD用の調和型無線通信方式の設計が，北大において進められ，評価のためのシミュレータ等は，双方の大学で導入・実現を行った。
(2) 極低消費電力型高速無線通信システムの研究： 北大独自の極低消費電力化設計手法により，1～8通信チャネルまで考慮したMIMO-OFDMAシステムの設計を行った。本研究目的である調和型システムに対応すべく，動的に仕様を変更できるシステムに設計されている。また間欠型通信を可能とする，アナログRF回路を含めた無線システムの設計も行った。これにより，3G～100Mbpsのスループットと500～10m程度の遠・近距離無線通信を，低消費電力システムにより実現する予定。
(3）低消費電力指向D2Dセキュア無線ネットワークの研究： 多数の無線デバイスが接続されたネットワークを想定し，最適なネットワークルーティングとフローを実現する低消費電力指向D2MDネットワーク制御の設計を両大学共同で行った。目標としている無線ネットワークシステムは，エネルギーハーベスティングによる電力供給を仮定しているため，必要な回路仕様の策定を行い，それに向けたアナログ回路の設計が進められている。
以上のことから，当初提案していた本研究計画にほぼ沿った形で研究が進められており，順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究計画に示した3つの各項目について，今後の研究の推進方策は以下の通り。
(1) 調和型無線通信ネットワークの研究： 調和型無線通信とは，通信チャネルの状態だけではなく，周辺デバイスの通信状況も考慮して，安定（途切れない無線）で高速な無線通信を実現する新方式である。今後は，高効率な耐干渉・耐雑音通信を融合した無線D2MD用の調和型無線通信方式の評価と評価結果により改良を行う。これにより，良好な環境において，数百mの距離でも通信可能な方式を実現する。全体で耐干渉・耐雑音・超高速・低消費電力な無線通信方式の実現を目指す。
(2) 極低消費電力型高速無線通信システムの研究： 独自に設計したMIMO-OFDMAシステムのシミュレーション評価と，FPGAによる設計・開発・実現を行う。特に，本研究目的である調和型システムに対応すべく，動的に仕様を変更できるFPGAシステムとする。さらに間欠型通信を実現することで，RF回路を含めた消費電力を従来システムより最大で1/50以下にまで下げ，BB回路において，1W以下の無線システムを実現する。これにより，3G～100Mbpsのスループットと500～10m程度の遠・近距離無線通信を，低消費電力システムにより実現する。
(3）低消費電力指向D2Dセキュア無線ネットワークの研究： 申請者グループの設計した，ネットワークルーティングとフローを最適に実現する低消費電力指向D2MDネットワーク制御方式の評価と改良を行う。目標としている無線ネットワークシステムは，エネルギーハーベスティングによる電力供給を仮定している。さらに，セキュリティを確保するため，デバイスの異常通信検出，不審データのフィルタリング，マルウェア検出などを実時間で処理する，低消費で高速なHWの設計・開発を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究についての採択内示が，2018年12月下旬であり，本研究に関する経費が実質的に利用できる期間が，2019年2月～3月の期間中となり，次年度使用額が生じた。但し，2018年12月より，自己資金を用いての研究打合せや，本研究に関する国際シンポジウムなどを実施しており，国際共同研究を進める上での重要な，事前打ち合わせ，アルゴリズム・方式の設計，実験に必要な物品の導入は支障なく進められた。一方，提案技術に関する評価・実験などを，シドニー工科大学で実施する予定が，2018年度後半(2019年3月)より，2019年度当初となり，それに合わせた計画を策定積み。
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