| 研究課題/領域番号 |
20K20398
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| 配分区分 | 基金 |
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
東野 輝夫 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (80173144)
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| 研究分担者 |
猿渡 俊介 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (50507811)
内山 彰 大阪大学, 情報科学研究科, 助教 (70555234)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | バックスキャッター通信 / IoTデバイス / エナジーハーベスト / センシングシステム / 行動認識 / WiFi電波 / バッテリレスセンシング / チャネル状態情報 |
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| 研究実績の概要 |
一般にIoTデバイスでは、センシング、プロセス、通信の３つの処理に電力を消費するが、通信に要する電力消費が非常に大きく、IoTデバイスのインターネット接続のキーとなる技術は超低消費電力の通信方式の普及である。近年TVやWiFiなど環境に存在する電波を利用して消費電力が従来の10,000分の1程度（数十μW）に低減可能なアンビエントバックスキャッター通信と呼ばれる無線通信技術が開発されつつある。
本研究では、アンビエントバックスキャッター通信を用いてバッテリレスセンシングシステムを開発することを目的に、今年度はアンビエントバックスキャッター通信機能を小型IoT機器として実装することに取り組んだ。具体的には、アンビエントバックスキャッター通信に基づき、WiFi通信プロトコルを用いてインターネットとの接続を行えるような仕組みを考案し、銅線とアルミホイルのスイッチ機能の実現などを通してLiveTagやPrinted Wi-Fiの再現、ならびに、その性能評価・改善に取り組んだ。さらに、既存のWiFi通信との併用を考慮した通信方式などについて検討した。
また、周波数シフトを利用して、歩行の際の歩数を計測するアンビエントバックスキャッター通信ベースのセンサや、ドアの開閉を検知するセンサなどバッテリレスIoTデバイスを幾つか試作し、電波伝搬解析ツールや電波暗室などでの性能解析を行うとともに、研究室などの実環境での性能評価を行った。さらに、WiFi電波などのチャネル状態情報（Channel State Information, CSI）を用いて、人やモノの位置推定や行動認識がどの程度可能になるのか、などに関して基礎的な実験を行った。
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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
本提案研究では、(a)アンビエントバックスキャッター通信の性能向上とバッテリレスIoTデバイスの開発、(b)複数のバッテリレスIoTデバイスを協調させたセンシング機構の考案、(c)安定したアンビエントバックスキャッター通信の実現、(d)Wi-Fi電波の乱れなどのチャネル状態情報を用いて人やモノの行動をどの程度把握可能かの検討、のための基礎研究を行うことを目指している。
本研究では、当初の２年間でアンビエントバックスキャッター通信機能の性能改善やその機能を小型IoT機器として実装するための基礎研究に取り組んだ。
そこで本年度は、アンビエントバックスキャッター通信を用いてバッテリレスセンシングシステムを実際に開発することを目的に、アンビエントバックスキャッター通信機能を小型IoT機器として実装した。具体的には、アンビエントバックスキャッター通信に基づき、WiFi通信プロトコルなどを用いてインターネットとの接続を行えるような仕組みを考案し、LiveTagやPrinted Wi-Fiなどのバッテリレスセンシングシステムを構築し、その性能評価や性能の改善策の考案に取り組んだ。
さらに、既存のWiFi通信との併用を考慮した通信方式などについても検討し、周波数シフトを利用して、歩行の際の歩数を計測するアンビエントバックスキャッター通信ベースのセンサや、ドアの開閉を検知するセンサなどバッテリレスIoTデバイスを幾つか試作し、実環境での性能評価を行った。
また、WiFi電波などのチャネル状態情報（Channel State Information, CSI）を用いて、人やモノの位置推定や行動認識がどの程度可能になるのか、などに関して実験を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度も引き続き、(a)アンビエントバックスキャッター通信の性能向上とバッテリレスIoTデバイスの開発、(b)複数のバッテリレスIoTデバイスを協調させたセンシング機構の考案、(c)安定したアンビエントバックスキャッター通信の実現、(d)Wi-Fi電波の乱れなどのチャネル状態情報を用いて人やモノの行動をどの程度把握可能かの検討、のための研究を行うことを目指している。来年度は最終年度であるので、各項目に関して、次のような研究を行っていきたいと考えている。
(a)アンビエントバックスキャッター通信の性能向上とバッテリレスIoTデバイスの開発：電波伝搬解析ツールなどを用いて実環境での性能のさらなる向上策の検討を行う。
(b)複数のバッテリレスデバイスを協調させたセンシング機構の考案：アンビエントバックスキャッター通信機能付きIoTデバイスの有用性を示すため、複数の低消費電力センサを相補的に利用して、同一室内での複数の人やモノの行動センシングをする仕組みを検討する。
(c)対象領域での安定したアンビエントバックスキャッター通信の実現：建物内の障害物により電波伝搬の状況が異なるので、建物内などでのバックスキャッター通信状況の詳細な評価を実施する。
(d)Wi-Fi電波の乱れを併用した行動認識技術の創出：WiFi電波の乱れ（チャネル状態情報）を利用して、低消費電力で人やモノの移動や位置をどの程度推定可能かについて検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍で国内外の出張が制限されている状況で、2020年度は旅費の支出額が当初予定よりかなり少ない額になっている。このため、これらの経費を用いて、バックスキャッタ－通信用のルータの試作・購入やIoTデバイスの位置推定の機能の実現等に関する物品の購入を行うように計画の変更を考えたが、検討しているバックスキャッタ－通信用のルータや購入物品の機能などについて、未だ一部検討中であり、次年度にそれらの経費を回すことで、検討中の研究計画の実現を行いたいと考えている。
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