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2023 年度 実施状況報告書

無線資源利用効率化とサービス間連携を促進するレジリエントIoT基盤に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 23K11067
研究機関九州工業大学

研究代表者

野林 大起  九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40632906)

研究分担者 佐藤 剛至  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レジリエントICT研究センター, 研究員 (40785531)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
キーワードIoT / LPWA / TCP/IP
研究実績の概要

本研究は無線資源利用効率化とサービス間連携を促進するレジリエント IoT 基盤の実現に向けて、様々なサービス要求に応じて適切な通信品質を獲得可能な適応型無線通信パラメータ決定手法を検討し、かつ柔軟なデータ利活用を想定した TCP/IP over LPWA 技術の研究に取り組んだ。前者については、令和5年度は移動環境への LPWA 通信の適用を想定した。LPWA 通信の多くは無線フレーム長が数10ミリ秒以上となることも多く、長いエアタイムとなることから移動に伴って変動するフェージングの影響を受けることになる。そのため、ペイロード長に依存するエアタイムと通信成功率との間には関連性があり、LPWA 通信におけるスループットに影響を及ぼしているのではないかと考え、電波伝搬模擬装置とLoRa無線機を使用した実験を通じて、移動環境におけるフェージングとエアタイムとの間の関連性について評価した。実験結果より、ペイロード長の最適点が存在することが確認でき、移動局の移動速度に応じて最適なフレーム長を選択する方式の実現可能性を検討することができた。後者については、令和5年度はLPWAの通信特性に適応可能なTCPにおけるパケット送信制御に取り組んだ。LPWAは送信レートが小さく、かつ他の通信との衝突回避のため一定時間の送信間隔を必要とすることから、従来のTCP送信制御では通信性能が著しく低下する。そこで本研究では、TCP/IP over LPWAにおいて、送信ウインドウサイズ制御、確認応答パケット制御を導入し、実機による実験を通して通信性能を改善できることを明らかにした。また、データ連携・利活用に向けたIoT基盤の構築と実証実験に向けて、北九州市皿倉山を中継点とし、九州工業大学の戸畑・飯塚キャンパスを接続するための通信実験を実施し、LPWAによる長距離通信を用いたキャンパス間接続の実現可能性を評価した。

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

本研究課題では2つのテーマに取り組んでいるが、令和5年度に予定していた項目に対して、当初の計画通りに研究が進展している。具体的には、(1) 移動体におけるフェージング影響を考慮した効率化手法のシミュレーション評価、(2) TCP/IP over LPWAにおける通信性能の改善を目的とした送信制御手法の提案と評価、(3) それらの技術を統合し活用するためのIoT基盤構築に向けた準備について推進しており、各項目において国内研究会における発表や国際会議での報告など、一定の成果を上げることができている。以上のことから、無線資源利用効率化とサービス間連携を促進するレジリエントIoT基盤の実現に向けて、着実に成果を出しつつ研究を進めることができている。

今後の研究の推進方策

令和5年度に引き続き、IoTアプリケーション要求に基づく適応型無線通信パラメータ決定手法に関する研究、ならびにTCP/IP over LPWA のための無線通信規格を考慮した新しいトランスポートプロトコルに関する研究を推進する。具体的には、令和5年度に得られた移動体におけるフェージング影響の評価結果等を用いて、実際にLPWAを搭載した移動体における動的送信パラメータ制御手法を提案し、実機実験による性能評価を予定している。また、TCP/IP over LPWAにおいては、LPWAによるマルチホップ環境におけるTCPの通信性能改善を目指し、令和5年度までに提案してきた方式の改良を行い、こちらも実機実験による性能評価を推進する。また、レジリエントIoT基盤の実現に向けて、5G/Beyond 5G/6GやWi-Fi ネットワーク、低軌道衛星通信等を対象とし、アプリケーション要求に応じた無線通信を提供可能なプラットフォームの検討、設計を実施する。

次年度使用額が生じた理由

独立基盤形成支援(試行)による補助については研究期間である三カ年を掛けて利用することが可能であることから、単年度の使用ではなく研究基盤形成のために計画的に執行するため差額が生じた。今後は、実験に使用する無線通信機器、およびサーバ等の計算機購入を計画している。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023

すべて 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件)

  • [学会発表] Dynamic Transmission Parameter Settings based on Data Transmission and Reception Performance for 920MHz LoRa Communication2024

    • 著者名/発表者名
      Rikuto Tanaka, Daiki Nobayashi, Kazuya Tsukamoto, Takeshi Ikenaga, Goshi Sato, Kenichi Takizawa
    • 学会等名
      Proc. of the IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance Evaluation of the Impact between IEEE 802.11ah and Private LoRa using 920 MHz Band2024

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Takeuchi, Daiki Nobayashi, Takeshi Ikenaga
    • 学会等名
      Proc. of the IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Private LoRaインタフェースを用いたTCP/IP通信における複数フロー競合時の性能評価2024

    • 著者名/発表者名
      坂本 淳平, 野林 大起, 塚本 和也, 池永 全志, 佐藤 剛至, 滝沢 賢一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 技術研究報告, vol. 123, no. 422, IA2023-117, pp. 271-275
  • [学会発表] Improvement of TCP Performance based on Characteristics of Private LoRa Interface2023

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Sakamoto, Daiki Nobayashi, Kazuya Tsukamoto, Takeshi Ikenaga, Goshi Sato and Kenichi Takizawa
    • 学会等名
      Proc. of the IEEE 47th Annual International Computer, Software and Applications Conference (COMPSAC 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] 920MHz帯Private LoRaにおけるビーコン受信特性に基づく動的送信パラメータ設定手法2023

    • 著者名/発表者名
      田中 陸斗, 野林 大起, 塚本 和也, 池永 全志, 佐藤 剛至, 滝沢 賢一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 技術研究報告, vol. 123, no. 107, NS2023-41, pp.45-50
  • [学会発表] 920MHz帯Private LoRaとIEEE802.11ahの競合時における通信特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      竹内 裕亮, 野林 大起, 池永 全志
    • 学会等名
      電子情報通信学会 技術研究報告, vol. 123, no. 107, NS2023-42, pp.51-55
  • [学会発表] 920MHz帯Private LoRaとIEEE802.11ahの通信公平性改善手法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      竹内 裕亮, 野林 大起, 池永 全志
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2023年 ソサイエティ大会, B-16-25
  • [学会発表] 920MHz帯 Private LoRaにおけるデータ送受信特性に基づく送信パラメータ設定に関する検討2023

    • 著者名/発表者名
      田中 陸斗, 野林 大起, 塚本 和也, 池永 全志, 佐藤 剛至, 滝沢 賢一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2023年 ソサイエティ大会, B-16-33
  • [学会発表] Private LoRaインタフェースを用いたTCP/IP通信における性能改善手法2023

    • 著者名/発表者名
      坂本 淳平, 野林 大起, 塚本 和也, 池永 全志, 佐藤 剛至, 滝沢 賢一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2023年 ソサイエティ大会, B-16-34
  • [学会発表] 920 MHz帯Private LoRaとIEEE 802.11ahの競合時における通信パラメータ決定手法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      竹内 裕亮, 野林 大起, 池永 全志
    • 学会等名
      電子情報通信学会 超知性ネットワーキングに関する分野横断型研究会 (RISING 2023)
  • [学会発表] 920MHz帯 Private LoRaにおけるデータ受信特性の分析による送信パラメータ決定手法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      田中 陸斗, 野林 大起, 塚本 和也, 池永 全志, 佐藤 剛至, 滝沢 賢一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 超知性ネットワーキングに関する分野横断型研究会 (RISING 2023)
  • [学会発表] 移動通信環境へのLPWAの適用に向けたフレーム長の最適化に関する実験検討2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 剛至, 滝沢 賢一, 野林 大起, 塚本 和也, 池永 全志
    • 学会等名
      電子情報通信学会 技術研究報告, vol. 123, no. 307, NS2023-158, pp. 187-192

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公開日: 2024-12-25  

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