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2021 年度 実施状況報告書

IoTシステムの過負荷を抑制するLPWAネットワーク輻輳制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K04471
研究機関日本工業大学

研究代表者

吉野 秀明  日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (00644816)

研究分担者 山本 幹  関西大学, システム理工学部, 教授 (30210561)
平栗 健史  日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (90582817)
大田 健紘  日本工業大学, 基幹工学部, 助教 (50511911)
伊藤 暢彦  日本工業大学, 先進工学部, 准教授 (40706032)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードネットワーク / センサ / 輻輳制御 / トラヒック / IoT
研究実績の概要

本年度は,1.LPWAネットワークのランダムアクセスチャネルにおける輻輳制御方式の特性評価, 2.LPWA ネットワーク輻輳時のセンサデータクラス分けに基づく優先制御方式の特性評価,ならびに,3.災害輻輳に対する予約型最短通話優先制御方式に関する研究成果の論文化を進め,電子情報通信学会の大会,研究会で発表すると共に,英文論文誌に投稿・掲載の実績を得た。
1.LPWAネットワークにおけるIoTデバイスからの発信の集中による無線チャネルの輻輳を対象とし,国内外のLPWAランダムアクセス方式をSlotted ALOHA,同CSMA,同ICMA方式としてモデル化し,各方式に発信規制制御を適用した際の性能特性を理論解析とシミュレーションの両面から明確化した。平常時の10倍以上の過負荷時でも,発信規制制御により理論的に最大に近いスループットを達成できることを明らかにした。モデル化にあたり,国内の無線通信標準規格への準拠も考慮し,また,性能評価では,理論解析による平均スループット特性の導出に加え,シミュレーションによるスループットの過渡特性も含めた総合的な評価を実施した。以上の結果を電子情報通信学会の総合大会及び研究会にて発表し,研究会発表に対してポスター賞を受賞した。
2.ホームセキュリティ及びファクトリーオートメーションのユースケースを対象に,遅延要件に基づきセンサデータを高優先と低優先の2クラスに分類し,これに基づく優先制御方式の特性をシミュレーションにより評価した。輻輳時に低優先クラスを抑えることで,高優先クラスのスループットが維持できていることを確認した。
3.輻輳現象と輻輳制御メカニズムに対する理解を深めるために検討を進めた,災害輻輳に対する予約型最短通話優先制御方式に関する評価結果をとりまとめ,IEICE Communications Expressに投稿し採録された。

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

前年度若干の遅れがあったIoTシステムのいくつかのユースケースから,センサデータのクラス分類を試みる検討も含めて順調に進展し,上記の研究実績の概要のとおり,シミュレーションによる基本的な輻輳制御メカニズムの評価まで進んでいることから,上記の区分とした。

今後の研究の推進方策

前年度までの第1,第2段階の分析による洞察に基づき,今後は,以下のとおり第2段階の拡張,及び第3段階として,(2)空間分散も考慮した輻輳制御方式の提案と特性評価を進める。続いて,(3)複数の制御方式を組み合わせた適応的制御方式に拡張し,シミュレーション実験により効果を実証する。
ステップ2: 空間分散も考慮した輻輳制御方式の提案と特性評価
申請者が整理した輻輳対策分類:1) 入力調整(規制),2) 時間分散,3)空間分散のうち, 1)及び2)に関しては,研究実績の概要に記したとおり検討を進めてきた。今後は,3) 空間分散を図る輻輳制御方式として,オフローディングなどの各種制御と組み合わせた方式の特性評価を進める。また,1) 入力調整を図る輻輳制御方式に関しては,個別フローを制御するウィンドウフロー制御などの上位レイヤの輻輳制御との関連も考慮した拡張を検討する。また,2) 時間分散を図る輻輳制御方式としては,遅延要件の厳しいクラスに対する優先制御方式の特性評価を更に進め,分類ごとに有効となる条件を明らかにすると共に,実装容易性も考慮した方式の詳細検討を実施する。
ステップ3: 適応的制御方式への拡張と効果実証
最終段階として,輻輳対策分類ごとの制御方式を組み合わせた総合的な適応的輻輳制御方式に拡張し,シミュレーションにより総合特性の評価を進め,IoTシステムの輻輳制御法として完成させる。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた,国際会議,国内学会の大会,研究会がオンライン開催になったため,旅費支出予算分が未使用として発生した。
R4年度も同様な状況が続くことが想定されるため,旅費として計上していた研究予算は,シミュレーション評価等を進めるためのワークステーションの購入費として使用する計画である。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Performance evaluation of priority control scheme for shortest reservation calls under disaster congestion2022

    • 著者名/発表者名
      Mogi Yuto、Ota Kenko、Hiraguri Takefumi、Yoshino Hideaki
    • 雑誌名

      IEICE Communications Express

      巻: 11 ページ: 9~13

    • DOI

      10.1587/comex.2021xbl0176

    • 査読あり
  • [学会発表] LPWAランダムアクセスチャネルのモデル化と輻輳制御方式のスループット評価2022

    • 著者名/発表者名
      茂木雄斗 , 伊藤暢彦 , 大田健紘 , 平栗健史 , 山本 幹 , 吉野秀明
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] オブジェクト検出のための適応型映像品質制御手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤暢彦 , 石川竜也 , 阿久津信朗 , 平栗健史 , 吉野秀明
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] IoT向け無線通信ネットワークの輻輳制御方式に関する一検討2021

    • 著者名/発表者名
      茂木雄斗, 伊藤暢彦, 大田健紘, 平栗健史, 山本幹, 吉野秀明
    • 学会等名
      電子情報通信学会革新的無線通信技術に関する横断型研究会(MIKA)

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公開日: 2022-12-28  

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