2021 Fiscal Year Research-status Report
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
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20K04471
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉野 秀明 日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (00644816)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ネットワーク / センサ / 輻輳制御 / トラヒック / IoT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。
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| Causes of Carryover |
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。
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