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2021 年度 実績報告書

数理モデルと機械学習の統合的手法による次世代無線システムの高信頼実時間制御

研究課題

研究課題/領域番号 20H00592
研究機関国立情報学研究所

研究代表者

計 宇生  国立情報学研究所, アーキテクチャ科学研究系, 教授 (80225333)

研究分担者 金子 めぐみ  国立情報学研究所, アーキテクチャ科学研究系, 准教授 (10595739)
村瀬 勉  名古屋大学, 情報基盤センター, 教授 (10530941)
吉永 努  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60210738)
策力 木格  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90596230)
江 易翰  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10824196)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード無線通信システム / 機械学習 / 資源割当 / 実時間制御
研究実績の概要

本研究は、次世代無線通信システムとそのアプリケーションを実現するために、無線システムの知的制御と資源割当、および通信・計算・記憶・制御機能の遍在化の課題について取り組むものである。2021年度では、以下の研究項目を実施した。
1)無線資源割当:無線通信における制御最適化の課題を解決する効果的な学習方法を検討した。深層強化学習を用いて、ミリ波とギガヘルツ帯域を統合的に利用する次世代無線ネットワークにおいて、利用者のサービス品質を保証しながら、エネルギー消費も抑えられるように、複数のアクセスポイントとの接続を選択する最適化問題を解決した。また、ショートパケットを大量に送信するIoTアプリケーションにおいて、深層学習により無線環境の変動と利用者の品質要求に対応して、異なる無線帯域間の利用者分配と資源割当問題の解決方法を提案した。
2)ネットワーク資源のオーケストレーション:SDNなどのネットワークワイドな制御方法について、機械学習を利用したトラフィック予測技術を取り入れたトラフィックエンジニアリング手法を検討し、トラフィック需要に対する予測により、トラフィックの変動による経路変更の回数を大幅に減らし、実トラフィックデータを用いてその有効性を検証した。
3)タスクのオフローディングとスケジューリング:ユーザ、エッジ、クラウドなどのノード間の処理、記憶機能の連携と、タスク間の相互関係を意識したタスクのオフローティングとスケジューリングの方法を検討した。また、実時間制御で有効な性能指標である情報の鮮度について考慮し、深層強化学習を利用したモバイルユーザの行動の最適化方法を開発した。
4)通信処理とキャッシングの高速化:基地局の負荷低減の方法として、個々のモバイル端末をキャッシュサーバと見なした分散協調キャッシュ方式において、基地局の混雑状況に応じて柔軟にキャッシュ制御を行う方法を検討した。

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

コロナ感染症拡大で研究員の雇用が延期になったため、一部の研究内容の実施が令和4年度にずれ込んだが、その後の検討は順調に進み、具体的な研究成果も出している。研究の実施は概ね順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

当初の研究計画で予定した研究の推進方策を続けていく予定である。外国との研究交流はオンラインでできる範囲においては実施していたが、状況の回復で再開していく予定である。

  • 研究成果

    (47件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 12件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 20件、 招待講演 9件)

  • [国際共同研究] VTT Technical Research Centre/Aalto大学(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      VTT Technical Research Centre/Aalto大学
  • [国際共同研究] 中国科学技術大学/上海交通大学/同済大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国科学技術大学/上海交通大学/同済大学
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] パリサクレ大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      パリサクレ大学
  • [国際共同研究] ハノイ工科大学(ベトナム)

    • 国名
      ベトナム
    • 外国機関名
      ハノイ工科大学
  • [国際共同研究] ニューヨーク州立大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ニューヨーク州立大学
  • [雑誌論文] Information Freshness-Aware Task Offloading in Air-Ground Integrated Edge Computing Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Chen Xianfu、Wu Celimuge、Chen Tao、Liu Zhi、Zhang Honggang、Bennis Mehdi、Liu Hang、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Journal on Selected Areas in Communications

      巻: 40 ページ: 243~258

    • DOI

      10.1109/JSAC.2021.3126075

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Toward Efficient Blockchain for the Internet of Vehicles with Hierarchical Blockchain Resource Scheduling2022

    • 著者名/発表者名
      Gao Liming、Wu Celimuge、Du Zhaoyang、Yoshinaga Tsutomu、Zhong Lei、Liu Fuqiang、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      Electronics

      巻: 11 ページ: 832~832

    • DOI

      10.3390/electronics11050832

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Consortium Blockchain-Based Public Integrity Verification in Cloud Storage for IoT2022

    • 著者名/発表者名
      Lin Yangfei、Li Jie、Kimura Shigetomo、Yang Yuanyuan、Ji Yusheng、Cao Yangjie
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: 9 ページ: 3978~3987

    • DOI

      10.1109/JIOT.2021.3102236

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Failsoft Scheme for Mobile Live Streaming by Scalable Video Coding2021

    • 著者名/発表者名
      OKADA Hiroki、YOSHIMI Masato、WU Celimuge、YOSHINAGA Tsutomu
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E104.D ページ: 2121~2130

    • DOI

      10.1587/transinf.2021PAP0015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Global Energy Efficiency Optimization of a Ka-Band Multi-Beam LEO Satellite Communication System2021

    • 著者名/発表者名
      Liao Qingbi、Kaneko Megumi
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 55232~55243

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2021.3071475

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Joint beamforming and user association with reduced CSI signaling in mobile environments: A Deep Q-learning approach2021

    • 著者名/発表者名
      Thang Ha Duc、Boukhatem Lila、Kaneko Megumi、Nguyen-Thanh Nhan
    • 雑誌名

      Computer Networks

      巻: 197 ページ: 108291~108291

    • DOI

      10.1016/j.comnet.2021.108291

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Computation Offloading in Beyond 5G Networks: A Distributed Learning Framework and Applications2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Xianfu、Wu Celimuge、Liu Zhi、Zhang Ning、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Wireless Communications

      巻: 28 ページ: 56~62

    • DOI

      10.1109/MWC.001.2000296

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] (1 + epsilon)^2 and Polynomial-Time Approximation Algorithms for Network Lifetime Maximization With Relay Hop Bounded Connected Target Coverage in WSNs2021

    • 著者名/発表者名
      Le Nguyen Phi、Ji Yusheng、Pham Minh Khiem、Le Hieu、Nguyen Thanh Hung
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 21 ページ: 9577~9599

    • DOI

      10.1109/JSEN.2021.3051960

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Federated Data Cleaning: Collaborative and Privacy-Preserving Data Cleaning for Edge Intelligence2021

    • 著者名/発表者名
      Ma Lichuan、Pei Qingqi、Zhou Lu、Zhu Haojin、Wang Licheng、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: 8 ページ: 6757~6770

    • DOI

      10.1109/JIOT.2020.3027980

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-Channel Blockchain Scheme for Internet of Vehicles2021

    • 著者名/発表者名
      Gao Liming、Wu Celimuge、Yoshinaga Tsutomu、Chen Xianfu、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Open Journal of the Computer Society

      巻: 2 ページ: 192~203

    • DOI

      10.1109/OJCS.2021.3070714

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-Hop Multi-Task Partial Computation Offloading in Collaborative Edge Computing2021

    • 著者名/発表者名
      Sahni Yuvraj、Cao Jiannong、Yang Lei、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems

      巻: 32 ページ: 1133~1145

    • DOI

      10.1109/TPDS.2020.3042224

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] QoS-Aware Secure Routing Design for Wireless Networks With Selfish Jammers2021

    • 著者名/発表者名
      Xu Yang、Liu Jia、Shen Yulong、Jiang Xiaohong、Ji Yusheng、Shiratori Norio
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Wireless Communications

      巻: 20 ページ: 4902~4916

    • DOI

      10.1109/TWC.2021.3062885

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Toward Agile Information and Communication Framework for the Post-COVID-19 Era2021

    • 著者名/発表者名
      Wu Celimuge、Peng Chunrong、Du Zhaoyang、Gao Liming、Yoshinaga Tsutomu、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Open Journal of the Computer Society

      巻: 2 ページ: 290~299

    • DOI

      10.1109/OJCS.2021.3102045

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hysteretic Optimality of Container Warming Control in Serverless Computing Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Chiang Yi-Han、Zhu Chao、Lin Hai、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Networking Letters

      巻: 3 ページ: 138~141

    • DOI

      10.1109/LNET.2021.3086489

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Information Cofreshness-Aware Grant Assignment and Transmission Scheduling for Internet of Things2021

    • 著者名/発表者名
      Chiang Yi-Han、Lin Hai、Ji Yusheng
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: 8 ページ: 14435~14446

    • DOI

      10.1109/JIOT.2021.3052007

    • 査読あり
  • [学会発表] Task Offloading and Scheduling in MEC2022

    • 著者名/発表者名
      Yusheng Ji
    • 学会等名
      3nd International Workshop of Internet of Vehicles and Edge Computing
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Reinforcement Learning based Edge Cloud Collaboration2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kobari, Zhaoyang Du, Celimuge Wu, Tsutomu Yoshinaga, Wugedele Bao
    • 学会等名
      2021 International Conference on Information and Communication Technologies for Disaster Management
    • 国際学会
  • [学会発表] Integrating autonomous decentralized communication and edge computing for real-time control in IoT system2021

    • 著者名/発表者名
      Masaya Harada, Zhaoyang Du, Celimuge Wu, Tsutomu Yoshinaga, Wugedele Bao, Yusheng Ji
    • 学会等名
      7th Euro-China Conference on Intelligent Data Analysis and Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluating effect of interference on MAC delay in densely deployed IEEE 802.11ad based In-vehicle communications2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi shiohara, Takayuki Nishio, Tutomu Murase
    • 学会等名
      2021 IEEE International Conference on Consumer Electronics-Taiwan (ICCE-TW)
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimal User-Selection for User Cooperative Mobility Control in Ad Hoc Networks2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Anjiki, Tutomu Murase
    • 学会等名
      IEEE VTC 2021-Fall
    • 国際学会
  • [学会発表] Cooperative Mobility Control with Longcut Route Selection to Form Ad Hoc Networks for Multiple Autonomous Mobile Robot2021

    • 著者名/発表者名
      Kota Makino, Tutomu Murase
    • 学会等名
      2021 IEEE 10th Global Conference on Consumer Electronics(GCCE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Maximum Throughput Strategy Based on Multiuser Cooperative Mobility Under Different Location Distributions in MANETs2021

    • 著者名/発表者名
      Jiquan Xie and Tutomu Murase
    • 学会等名
      2021 IEEE 10th Global Conference on Consumer Electronics(GCCE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Potential games for improving throughput of social relay networks by multi-user cooperative mobility2021

    • 著者名/発表者名
      Jiquan Xie and Tutomu Murase
    • 学会等名
      IEEE ICC2021
    • 国際学会
  • [学会発表] ミッションクリティカルな周期通信における干渉源対応IEEE 802.11固定バックオフ法の最大遅延解析2021

    • 著者名/発表者名
      塩原 拓海, 岩城 敦大, 平井 健士, 眞田 耕輔, 村瀬 勉
    • 学会等名
      電子情報通信学会CQ研究会
  • [学会発表] Mobility for QoS: User Cooperative Mobility in Ad Hoc Network2021

    • 著者名/発表者名
      Tutomu Murase
    • 学会等名
      IEICE 2021 International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] User Cooperative Mobility for Higher QoS in Ad Hoc Network: Framework and Evaluation2021

    • 著者名/発表者名
      Tutomu Murase
    • 学会等名
      IEEE The 17th International Conference on Mobility, Sensing and Networking (MSN 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deep Learning-based Sub-6GHz/mmWave Partitioning for Short-Packet Communications2021

    • 著者名/発表者名
      S. Leblanc and M. Kaneko
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Communications (IEEE ICC) DDINS Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards an Energy-Efficient DQN-based User Association in Sub6GHz/mmWave Integrated Networks2021

    • 著者名/発表者名
      T.H.L. Dinh, M. Kaneko, K. Wakao, K. Kawamura, T. Moriyama and Y. Takatori
    • 学会等名
      17th International Conference on Mobility, Sensing and Networking (IEEE MSN)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Energy-Efficient DQN-based User Association for Sub-6GHz/mmWave Networks2021

    • 著者名/発表者名
      Megumi Kaneko
    • 学会等名
      電子情報通信学会 無線通信システム研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Deep Reinforcement Learning-based Sub-6GHz/mmWave Scheduling for Short-Packet Communications2021

    • 著者名/発表者名
      Megumi Kaneko
    • 学会等名
      電子情報通信学会 ソサエティ大会 シンポジウムセッション
    • 招待講演
  • [学会発表] Joint allocation strategies of power and spreading factors with imperfect orthogonality in LoRa networks2021

    • 著者名/発表者名
      Megumi Kaneko
    • 学会等名
      Workshop <<Journees LPWAN>>, CNRS LIMOS, Clermont-Auvergne University, France
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multi-time-step Segment Routing based Traffic Engineering Leveraging Traffic Prediction2021

    • 著者名/発表者名
      Van An Le, Tien Thanh Le, Phi Le Nguyen, Huynh Thi Thanh Binh, Yusheng Ji
    • 学会等名
      IFIP/IEEE International Symposium on Integrated Network Management (IM)
    • 国際学会
  • [学会発表] Timely Information Updates for the Internet of Things with Serverless Computing2021

    • 著者名/発表者名
      Sonori Wakisaka, Yi-Han Chiang, Hai Lin, Yusheng Ji
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Communications (IEEE ICC)
    • 国際学会
  • [学会発表] GCRINT: Network Traffic Imputation Using Graph Convolutional Recurrent Neural Network2021

    • 著者名/発表者名
      Van An Le, Tien Thanh Le, Phi Le Nguyen, Huynh Thi Thanh Binh, Rajendra Akertar, Yusheng Ji
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Communications (IEEE ICC)
    • 国際学会
  • [学会発表] LCL: Light Contactless Low-delay Load Monitoring via Compressive Attentional Multi-label Learning2021

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyu Wang, Hao Zhou, Nikolaos M. Freris, Wangqiu Zhou, Xing Guo, Zhi Liu, Yusheng Ji, Xiang-Yang Li
    • 学会等名
      IEEE/ACM International Symposium on Quality of Service (IWQoS)
    • 国際学会
  • [学会発表] Relay-Assisted Task Offloading Optimization for MEC-enabled Internet of Vehicles2021

    • 著者名/発表者名
      Heli Zhang, Haonan Zhang, Xun Shao, Yusheng Ji
    • 学会等名
      11th EAI International Conference on Mobile Networks and Management
    • 国際学会
  • [学会発表] Deep Reinforcement Learning based Usage Aware Spectrum Access Scheme2021

    • 著者名/発表者名
      Yuto Teraki, Xiaoyan Wang, Masahiro Umehira, Yusheng Ji
    • 学会等名
      24th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications
    • 国際学会
  • [学会発表] Blockchain based Public Auditing Outsourcing for Cloud2021

    • 著者名/発表者名
      Yangfei Lin, Jie Li, Shigetomo Kimura, Yongbing Zhang, Yusheng Ji, Yang Yang
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Parallel and Distributed Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] 視聴体験を向上させる適応映像ストリーミング2021

    • 著者名/発表者名
      計 宇生、姜 暁嵐、劉 志
    • 学会等名
      電子情報通信学会 NS研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] エッジコンピューティングのためのタスクオフローティングとスケジューリング2021

    • 著者名/発表者名
      計 宇生
    • 学会等名
      AXIES 高品質・セキュリティICTワークショップ2021
    • 招待講演
  • [学会発表] サーバーレスコンピューティングにおける情報鮮度を考慮したスケジューリング設計2021

    • 著者名/発表者名
      脇坂園里、江易翰、計宇生、林海
    • 学会等名
      令和3年電気関係関西連合大会 G10-2
  • [学会発表] データ収集における情報鮮度の測定に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      玉柏昌大,趙亮,江易翰,計宇生,林海
    • 学会等名
      令和3年電気関係学会関西連合大会 G7-1

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公開日: 2023-12-25  

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