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2015 年度 実績報告書

IoT分散サービス用SDN駆動ネットワークリソース制御方式の研究

研究課題

研究課題/領域番号 26280035
研究機関国立情報学研究所

研究代表者

山田 茂樹  国立情報学研究所, 研究戦略室, 特任教授 (80332154)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードネットワーク / 移動体通信 / インターネット高度化 / 先端的通信 / スマートセンサ情報システム
研究実績の概要

IoT分散サービスをスケーラブルに実現するため、クラウドとSDN (Software Defined Networking)を連携した分散知的アーキテクチャ3DIA (Three-Tier Distributed Intelligence Architecture for IoT)に基づいて、IoT向きルーティング、トラヒックエンジニアリング、ローカル/グローバルなシステム最適化を行うSDN制御、及びSDR (Software Defined Radio)に基づく IoTデバイスの効率的な無線リソース割り当て手法等の技術に関する研究を行った。
(1)SDNコントローラの制御技術:IoT制御アプリケーションとSDNコントローラ間に粒度の高いNorth Bound API (Application Programming Interface)を提供する提案を行った。その結果、OpenFlowインタフェース方式に比較して制御トラフィック量とイベント処理時間は削減したが、イベント処理スループットが低下することが分かった。また、SDNによる通信路高速切替えメカニズム(Fast Failover等)と、それらの広域バックボーンネットワークへの適用を検討し、実証実験とシミュレーションで高い適用性があることを確認した。
(2)SDR実現技術:IoT分散サービスの無線リソース制御としてコグニティブ無線の周波数リソース借用及び動機づけの方策を検討し、サービス品質、安全性等を確保する制御フレームワークを提案し、周波数の利用効率を改善できることを確認した。また、基地局を介しないデバイス間直接通信として車々間ネットワークや、その他一般的なデバイス間通信実現方法を検討し、無線チャネル間干渉を抑えるためのクラスタリングを行い、デバイス間で電力制御を最適化する方法を見出した。さらに、ハイパーグラフを利用してセル範囲を超えたデバイス間通信を可能とするリソース割り当てアルゴリズムを提案した。

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

SDN制御技術とSDR制御技術を理論面と実装面でバランスよく検討した結果、ほぼ、当初の想定どおり、研究が進展している。

今後の研究の推進方策

(1) SDNコントローラ実現技術
大規模ネットワークトラヒックの最適経路制御手法としてSDNとSource Routing法を組み合わせた新しいルーティングとトラヒックエンジニアリング方式について検討する。また、そのための計算複雑度を抑えるためにネットワークノード数を最適化する手法を検討する。また、緊急、イベント、災害などによる大規模ネットワークトラヒックの混雑軽減のため、ビッグデータ解析に基づくSDN最適トラヒックエンジニアリング方式の検討を行う。
(2) SDR実現技術
RI層とLI層でシームレスに無線リソースを管理する制御法を検討する。具体的にはVehicular Network(車載用ネットワーク)において移動車両(A)にビデオストリームサービスを効率よく提供するため、路側の無線設備(R)と移動車両(A)間の通信チャネル品質が劣化した時に、通信チャネルに余裕がある別の移動車両(B)が路側の無線設備からビデオストリームを受け取り、移動車両(A)にフォワードしてネットワーク全体で高性能を維持する協調型車載用ネットワークを検討する。この検討ではSVC (Scalable Video Coding)方式を前提に各移動車両に割り当てるべきビデオレイヤの数、中継移動車両(B)の選択方法、無線チャネルリソースの無線設備-移動車両間通信(R-A間通信)と移動車両間通信(A-B間通信)における無線リソース配分方法を明らかにする。また、SDNに適用する無線リソースの仮想化について検討する。特に、分散アクセスのような無線LANにおける無線リソースを管理するためにキューマッピングによる統計的な無線リソース割当方式を検討する。
本研究で研究代表者(山田茂樹)は全体統括及びSDNコントローラの制御方式の検討を、研究分担者(計宇生)はSDRの実現法を担当し、定期打ち合わせで両者の整合を図る。

次年度使用額が生じた理由

SDN駆動ネットワークリソース制御用実験用に機器収納ラックの購入や機器取り付け等の費用を見込んでいたが、所内で活用できるラックが得られ、機器取り付けも外注せずに自分達で実施した結果、平成27使用経費を削減することができた。

次年度使用額の使用計画

次年度は、本研究の最終年度として多くの成果発表が期待できるので、次年度への繰り越し分は、国際会議発表のための旅費、参加費や雑誌掲載料等、研究成果発表用の所要経費として有効活用したい。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (21件) (うち国際共著 13件、 査読あり 21件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] An Experimental Feasibility Study on Applying SDN Technology to Disaster-resilient Wide Area Networks2016

    • 著者名/発表者名
      Kien Nguyen and Shigeki Yamada
    • 雑誌名

      Annals of Telecommunications, Springer, Published online

      巻: - ページ: 1-9

    • DOI

      10.1007/s12243-016-0502-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparing Strategies to Construct Local Disaster Recovery Networks2016

    • 著者名/発表者名
      Matthias Herlich, and Shigeki Yamada
    • 雑誌名

      The 30th IEEE International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA2016)

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Extending Network Coverage by Using Static and Mobile Relays during Natural Disasters2016

    • 著者名/発表者名
      Michal; Kr´ol, Yusheng Ji, Shigeki Yamada, Cristian Borcea, Lei Zhong, and Kiyoshi Takano
    • 雑誌名

      The 8th International Workshop on Disaster and Emergency Information Network Systems (IWDENS'2016)

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Big Data based Service Area Estimation for Mobile Communications during Natural Disasters2016

    • 著者名/発表者名
      Lei ZHONG, Kiyoshi TAKANO, Yusheng JI, and Shigeki YAMADA
    • 雑誌名

      The 8th International Workshop on Disaster and Emergency Information Network Systems (IWDENS'2016)

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Non-monetary QoS-aware Auction Framework towards Secure Communications for Cognitive Radio Networks2016

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyan Wang, Yusheng Ji, Hao Zhou, Jie Li
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Vehicular Technology.

      巻: (Accepted) ページ: -

    • DOI

      10.1109/TVT.2015.2463686

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hypergraph Based Resource Allocation for Cross-cell Device-to-Device Communications2016

    • 著者名/発表者名
      Hongliang Zhang, Yusheng Ji, Lingyang Song, Zhu Han
    • 雑誌名

      IEEE International Conference on Communications 2016 (ICC 2016)

      巻: (Accepted) ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Skolem Sequence Based Self-adaptive Broadcast Protocol in Cognitive Radio Networks2016

    • 著者名/発表者名
      Lin Chen, Zhiping Xiao, Kaigui Bian, Shuyu Shi, Rui Li, Yusheng Ji
    • 雑誌名

      IEEE 83rd Vehicular Technology Conference (VTC 2016-Spring)

      巻: (Accepted) ページ: 1-14

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Message Transfer Framework for Enhanced Reliability in Delay-Tolerant Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Farzana Yasmeen, Uyen Trang Nguyen, Nurul Huda, Shigeki Yamada, and Cristian Borcea
    • 雑誌名

      Network Protocols and Algorithms

      巻: 7(3) ページ: -

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.5296

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Framework for Extending Contact Opportunities in Delay-and Disruption-Tolerant Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Farzana Yasmeen, Nurul Huda, Uyen Trang Nguyen, Shigeki Yamada and Cristian Borcea
    • 雑誌名

      Proc. of 4th IEEE International Workshop on Smart Communication Protocols and Algorithms (SCPA 2015)

      巻: - ページ: 1551 - 1556

    • DOI

      10.1109/ICCW.2015.7247400

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ryuo: Using High Level Northbound API for Control Messages in Software Defined Network2015

    • 著者名/発表者名
      Shaoyu Zhang, Matthias Herlich, Kien Nguyen, Yao Shen, Yusheng Ji, and Shigeki Yamada
    • 雑誌名

      Proc. of The 17th Asia-Pacific Network Operations and Management Symposium (APNOMS2015)

      巻: - ページ: 115 - 120

    • DOI

      10.1109/APNOMS.2015.7275412

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Motivation for a Step-by-Step Guide to set up Wireless Disaster Recovery Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Matthias Herlich, and Shigeki Yamada
    • 雑誌名

      Proc. of The 2nd International Conference on Information and Communication Technologies for Disaster Management (ICT-DM’2015)

      巻: Proc. ページ: 1-8

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Joint Spectrum Sharing and ABS Adaptation for Network Virtualization in Heterogeneous Cellular Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhou, Yusheng Ji, Xiaoyan Wang and Shigeki Yamada
    • 雑誌名

      Proc. of IEEE GLOBECOM 2015 (Global Communications Conference 2015)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/GLOCOM.2015.7417165

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Power Control in D2D-Based Vehicular Communication Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Yi Ren, Fuqiang Liu, Zhi Liu, Chao Wang, Yusheng Ji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Vehicular Technology

      巻: 64(12) ページ: 5547-5562

    • DOI

      10.1109/TVT.2015.2487365

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-user Computation Partitioning for Latency Sensitive Mobile Cloud Applications2015

    • 著者名/発表者名
      Lei Yang, Jiannong Cao, Hui Cheng, Yusheng Ji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Computers

      巻: 64(8) ページ: 2253-2266

    • DOI

      10.1109/TC.2014.2366735

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Incentivize Spectrum Leasing in Cognitive Radio Networks by Exploiting Cooperative ARQ Retransmission2015

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyan Wang, Yusheng Ji, Hao Zhou, Zhi Liu, Jie Li
    • 雑誌名

      EAI Transactions on Wireless Spectrum

      巻: 15(3) ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Joint Resource Allocation and User Association for SVC Multicast over Heterogeneous Cellular Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhou, Yusheng Ji, Xiaoyan Wang, Baohua Zhao
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Wireless Communications

      巻: 14(7) ページ: 3673-3684

    • DOI

      10.1109/TWC.2015.2409834

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Privacy Preserving Truthful Spectrum Auction Scheme using Homomorphic Encryption2015

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyan Wang, Yusheng Ji, Hao Zhou, Zhi Liu, Yu Gu, Jie Li
    • 雑誌名

      IEEE Global Communications Conference 2015 (GLOBECOM 2015)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/GLOCOM.2015.7417163

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DASI: A Truthful Double Auction Mechanism for Secure Information Transfer in Cognitive Radio Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyan Wang, Yusheng Ji, Hao Zhou, Jie Li
    • 雑誌名

      12th Annual IEEE International Conference on Sensing, Communication, and Networking (SECON), 2015 SECON 2015

      巻: - ページ: 19-27

    • DOI

      10.1109/SAHCN.2015.7338287

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimizing Average-Maximum TTR Trade-off for Cognitive Radio Rendezvous2015

    • 著者名/発表者名
      Lin Chen, Shuyu Shi, Kaigui Bian, Yusheng Ji
    • 雑誌名

      IEEE International Conference on Communications 2015 (ICC 2015)

      巻: - ページ: 7707 - 7712

    • DOI

      10.1109/ICC.2015.7249559

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cooperative ARQ Retransmission based Spectrum Leasing for Cognitive Radio Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyan Wang, Yusheng Ji, Jie Li
    • 雑誌名

      2015 IEEE 81st Vehicular Technology Conference (VTC 2015 Spring)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/VTCSpring.2015.7145761

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ADMM based algorithm for eICIC configuration in heterogeneous cellular networks2015

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhou, Yusheng Ji, Xiaoyan Wang, and Baohua Zhao
    • 雑誌名

      IEEE Conference on Computer Communications 2015 (INFOCOM2015)

      巻: - ページ: 343 - 351

    • DOI

      10.1109/INFOCOM.2015.7218399

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Overview of SINET52016

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada
    • 学会等名
      The 8th TEIN4 Project Meeting
    • 発表場所
      Manila, Philippines
    • 年月日
      2016-01-26
  • [学会発表] Resilient Networking Solutions for Prompt Disaster Recoveries2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada
    • 学会等名
      APAN (Asia Pacific Advanced Network)/PRAGMA (The Pacific Rim Application and Grid Middleware Assembly) Disaster Management Workshop
    • 発表場所
      Manila, Philippines
    • 年月日
      2016-01-23
    • 招待講演
  • [学会発表] Big Data Analytics for Disaster Preparedness and Response of Mobile Communications Infrastructure during Natural Hazards2015

    • 著者名/発表者名
      Lei Zhong, Kiyoshi Takano, Yusheng Ji, Shigeki Yamada
    • 学会等名
      American Geophysical Union (AGU) 2015 Fall Meeting
    • 発表場所
      San Diego, California, USA
    • 年月日
      2015-12-14 – 2015-12-18
  • [学会発表] A Japanese R&E Network SINET: Current Status and New Directions2015

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada
    • 学会等名
      An Invited Keynote Speech, The China Future Network Development and Innovation Forum 2015
    • 発表場所
      Nanjing, China
    • 年月日
      2015-12-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Resilient Networking Solutions for Prompt Disaster Recoveries2015

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada, Quang Tran Minh, Kien Nguyen
    • 学会等名
      Keynote Speech, International Conference on Advanced Computing and Applications 2015 (ACOMP2015) and The 2nd International Conference on Future Data and Security Engineering 2015 (FDSE2015)
    • 発表場所
      Ho Chi Minh City, Vietnam
    • 年月日
      2015-11-24
    • 招待講演
  • [学会発表] Overview of SINET52015

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada
    • 学会等名
      The Meeting with University of Putra Malaysia
    • 発表場所
      NII, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-10-26
  • [学会発表] ABS Adaptation in Heterogeneous Cellular Networks2015

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhou, Yusheng Ji, Xiaoyan Wang, Shigeki Yamada
    • 学会等名
      IEICE Society Conference, BS-6-35,
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2015-09-08 – 2015-09-11
  • [学会発表] Truthful Spectrum Auction Scheme with Privacy Preservation2015

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyan Wang, Yusheng Ji, Hao Zhou, Zhi Liu
    • 学会等名
      IEICE Society Conference, BS-6-31
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2015-09-08 – 2015-09-11
  • [学会発表] レジリエントネットワークのこれまでの研究内容:災害に強いバックボーンネットワークとアクセスネットワーク2015

    • 著者名/発表者名
      山田茂樹, Kien Nguyen, Quang Minh Tran
    • 学会等名
      国立情報学研究所と防災科学技術研究所情報交換会
    • 発表場所
      防災科学技術研究所、つくば市 茨城
    • 年月日
      2015-09-03
  • [備考] 山田茂樹のホームページ

    • URL

      https://researchmap.jp/shigeki/

  • [備考] 計 宇生のホームページ

    • URL

      https://researchmap.jp/keiusei

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公開日: 2017-01-06  

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