【研究種目】基盤研究(B)

【研究領域課題番号】19H04093

【審査区分】小区分60060:情報ネットワーク関連

【研究期間】2019-04-01〜2022-03-31

【研究キーワード】無線LAN / 車載アクセスポイント / 通信品質 / スループット / 移動経路 / 輻輳 / 移動AP / 干渉 / 経路 / 交通ルート制御 / 高速通信 / モバイルワイヤレス / Wi-Fi / ミリ波通信 / 車両AP / 802.11ad / V2X

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

研究実績の概要

本研究の基本アイデアである、「走っているほぼすべての車などにAPを搭載し、それを切れ目なく需要箇所を通過するように車の移動経路選択を行い(課題1)、なおかつ電波干渉の悪影響が無い状況を作り出し(課題2)、この車載のAP(以下単にAP)が通過する瞬間に高速通信を行う(課題3)ことで、面的なWiFiサービスを提供する」ことを実現する制御を開発することが本研究の技術開発目的である。
【課題1】車の移動制御・最適ルート誘導制御：交付申請書の(b)項に基づき、目的地までの経路制御方法を提案し、APがカバーする範囲(被覆範囲)が拡大することを定量評価により証明した。車が経由する道路沿いを被覆範囲として、提案する制御方法において、需要に対して、どの程度の数量のAP(車両)があれば、十分な被覆範囲を得られるかを定量的に明らかにし、提案手法が十分効果的であることを示した。
【課題2】干渉緩和技術・最適AP選択技術：交付申請書の(e)項に基づき、複数のAPが近接し、干渉による通信品質劣化が起きる危険性を回避する技術に挑戦した。干渉を最小限にし、なおかつ適するAPをユーザが選択する制御を提案し、定量評価にて性能を明らかにした。さらに、複数のAPによる干渉が品質に及ぼす影響および、提案方法でどの程度の干渉を緩和でき、通信品質を改善できるかを評価した。
【課題3】高速短時間通信技術： 交付申請書の(g)項に基づき、通過する車に対して、短時間で高効率な通信を行う技術を提案し、定量的に評価した。低位レイヤのIEEE802.11adのようなミリ波を用いた近距離高速バースト通信の改善と高位レイヤ(TCP技術)の改善とを組み合わせる技術に挑戦した。シミュレーション・実機を用いた実験などを通して、通信時間と通信可能データ量の関係を明らかにした。
課題1～3において、解析手法を開発し、妥当性の検証を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究領域課題番号】15H01684

【研究分野】情報ネットワーク

【研究期間】2015-04-01〜2019-03-31

【研究キーワード】モバイルネットワーク

【配分額】34,840千円 (直接経費: 26,800千円、間接経費: 8,040千円)

研究成果の概要

本申請の研究開発課題として以下を設定した。基盤技術として、(1) 無線通信履歴の取得、(2) 履歴を活用した品質予測、(3) 品質予測に基づく配信制御と経路探索、拡張技術として、(4) 大規模化、セキュリティ、センサー活用、新無線技術、QoE評価、(5) プロトタイプ実装。(1)～(3)に関しては、機械学習を適用した通信品質予測、QoEを最大化する適応配信制御、通信品質を最大化する移動経路提示、等の提案を行った。(4)～(5)に関しては、クラウド拡張、センサー利用による精度改善、実ネットワークにおける実装評価実験、等を行った。その上で、一連の研究成果を、査読付きの国際学会と論文誌で発表した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究領域課題番号】15H02688

【研究分野】情報ネットワーク

【研究期間】2015-04-01〜2018-03-31

【研究キーワード】ユーザ移動 / モバイルワイヤレス / QoS / 稠密 / スループット / アドホックネットワーク / 車車間通信 / 無線LAN / 品質向上 / モバイルワイヤレス通信 / コンテンツ / QoE / インターネット高速化 / セキュアアーキテクチャ / 情報ネットワーク / 通信品質 / TCP / D2D / モバイルエッジコンピューティング / インターネット高度化 / セキュア・ネットワーク

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

研究成果の概要

本研究では，プロトコル・アクセス制御といった通信制御には手を加えず，ユーザ(あるいは端末)を制御対象とし，ユーザを物理的に移動させる「ユーザ移動制御」技術を開発した．移動にはコストがかかるため、どの程度のゲインが得られるかを定量的に評価して、把握しておく必要がある。評価においては、複数のユーザを移動させる場合の，対象ユーザ・距離・方向の組み合わせ爆発を避けるためのヒューリスティック解法も必要である。網トポロジや無線固有の特性を考慮して，様々なモデルに対して，解析・シミュレーション・実機実験を通して，ユーザ移動制御方法の有効性を立証した．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究領域課題番号】25540035

【研究分野】情報ネットワーク

【研究期間】2013-04-01〜2015-03-31

【研究キーワード】ソフトウェア無線 / ソフトウェア音響 / 動画像配信 / マルチメディア伝送

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

研究成果の概要

本研究開発では、ソフトウェア無線とソフトウェア音響のプラットフォーム作成と評価実験を行なった。ソフトウェア無線に関してはGNU Radioを活用し、送信電力、変調方式、誤り訂正方式などを変化させながら計測実験を行ない、応用として音楽、静止画像、動画像の無線伝送実験を行なった。ソフトウェア音響に関しては市販のスピーカとマイク、MATLABを使用し、同じく送信音量、変調方式、誤り訂正方式などを変化させて特性計測を行ない、音楽と静止画像の配信実験を行なった。ソフトウェア音響に関しては動画像伝送までは至らなかったが、学会の評価は高く、2015年3月開催のIEEE WCNC 2015に採択された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究領域課題番号】20300031

【研究分野】計算機システム・ネットワーク

【研究期間】2008〜2010

【研究キーワード】TCP / TFRC / 輻輳制御 / 高速広帯域ネットワーク / 無線ネットワーク / 海中センサーネットワーク / 高速ネットワーク / アドホックネットワーク / センサーネットワーク / 海中ネットワーク

【配分額】19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)

研究概要

本研究では、高速・広帯域ネットワーク、無線ネットワーク、海中センサーネットワークそれぞれに適したトランスポートプロトコルに関する研究開発を進めた。それぞれについて、理論構築、シミュレーション実験、実装実験を併用して性能改善と評価を進め、既存方式を上回る新規な方式提案を実現した。また、将来的なトランスポートプロトコルの統合に向けた指針を得た。

【研究種目】特定領域研究

【研究領域課題番号】18049068

【審査区分】理工系

【研究期間】2006〜2010

【研究キーワード】モニタリング / 性能解析 / 実世界センシング / 分散システム / 安全性・信頼性 / センサー / 情報管理

【配分額】64,300千円 (直接経費: 64,300千円)

研究概要

本研究において目的とするモニタリングアーキテクチャは,情報基盤,社会基盤,人々の日常生活を守るためのソフトウエアの一群である.通常は独立に研究されていた研究分野を統合することにより,従来解決が困難であった問題を解決していくことを可能とする.本研究では,計算機システム,ネットワークシステム,実世界に関する統合的なスケーラブルモニタリングに関するシステム構築をおこなうことで将来の計算機システムのあるべき姿を検討した.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究領域課題番号】17560353

【研究分野】通信・ネットワーク工学

【研究期間】2005〜2006

【研究キーワード】マルチホップ無線ネットワーク / アドホックネットワーク / マルチパスルーティング / マルチメディア通信 / マルチメデイア通信

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

研究概要

H17年度は、マルチホップ無線ネットワークにおけるマルチパスルーティングプロトコルに関して、シミュレーションよる特性評価と、Linuxを積んだノートPCへのソフトウェア実装に重点を置いた検討を進めた。そして、複数台のノートPCから構成される実際のマルチホップ無線ネットワークを構築し、学内においてビデオ信号の配信実験を行った。具体的には、以下の項目の検討を行なった。
(1)通信状況に適応して動的にパスを切替えるマルチパスルーティングのシミュレーション評価。
(2)通信状況の変化をパス毎の受信電力の値に応じて判断するマルチパスルーティングのシミュレーション評価。
(3)Linux上で動作するマルチホップ経路制御プロトコルであるKerne1AODVの実装とカスタマイズ。
(4)複数台のノートPCで構築したマルチホップ無線ネットワーク上のビデオ配信実験の評価。
H18年度は、マルチホップ無線ネットワークにおけるマルチパスルーティングプロトコルに関して、いくつかの成果発表を行なうと共に、映像圧縮方式としてH.264/AVCを用いたビデオ配信実験を行なった。
また、実装評価実験からのフィードバックとして、実装評価環境を模擬したシミュレーション評価を実施した。具体的には、以下の項目の検討を行なった。
(1)提案するマルチパスルーティングとマルチメディア配信実験応用の成果をまとめた論文発表。
(2)H17年度に使用したH.263+の替わりにH.264/AVCを用いたマルチメディア配信実験の遂行。
(3)実装実験環境の特徴を反映したマルチホップ無線ネットワークのシミュレーション評価。
また、本申請で検討を進めるアドホックネットワークの応用例としてビジュアルセンシングシステムを想定したプロトタイプ実装も開始している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究領域課題番号】15360208

【研究分野】通信・ネットワーク工学

【研究期間】2003〜2005

【研究キーワード】コンテンツ配信 / ストリーミング / キャッシュ / P2P / 階層的符号化 / IP放送 / 情報通信システム / ネットワーク / マルチメディア / インターネット

【配分額】9,600千円 (直接経費: 9,600千円)

研究概要

本研究では、特にディジタル映像コンテンツのインターネット上のストリーミング配信を想定し、(1)ストリームメディアの効率的なキャッシング技術、(2)ストリームメディアの効率的な配信技術、の二課題を重視した研究開発を進めた。
まず、ストリームキャッシュ技術に関しては以下の成果を得た。(H15年度)階層的符号化を施したストリームデータの分散キャッシュに関して、サーバ毎のストレージ容量を制約として課した条件下における最適分散配置方式の提案を行った。(H16年度)H15年度の発展課題として、ストリームデータの分散検索、ストリームデータの分散複製、キャッシュの一貫性管理、の三方式の提案を行った。(H17年度)モバイル、ユビキタス環境を想定したストリームデータの協調キャッシュ方式の提案を行った。それぞれの提案について国内および国際学会で発表を行い、かつ三件の論文発表を行った。さらに、現在は一件の論文投稿を準備している。
次に、ストリーム配信技術に関しては以下の成果を得た。(H15年度)IP放送時のノード障害対策として、ノード障害時の経路再構築を、短時間にかつ少ないオーバーヘッドで効率的に実現できるプロアクティブ経路管理方式の提案を行った。(H16年度)ダイヤルアップからFTTHまで多様な接続環境にある加入者の要望を満たすために、階層的符号化の導入によって多様な接続形態に柔軟に適応しうるIP放送方式の提案を行った。(H17年度)最終年度として、H15年度とH16年度の成果を結合してPC上にソフトウェア実装を行い、実ネットワーク上の評価実験を行い、その結果として提案方式の有効性を実証した。それぞれの提案について国内および国際学会で発表を行うと共に、現在は二件の投稿論文が査読中になっている。

【研究種目】若手研究(B)

【研究領域課題番号】14750315

【研究分野】情報通信工学

【研究期間】2002〜2004

【研究キーワード】モバイルインターネット / ワイアレスインターネット / モバイルIP / ワイアレスTCP / アドホックネットワーク / マルチパスルーティング / 階層化マルチキャスト

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

研究概要

本年度は、アドホックネットワークにおけるマルチパスルーティング方式の特性改善とソフトウェア実装、およびアドホックネットワークにおけるTCPフレンドリ制御の特性改善、に重点を置いて研究開発を進めた。
(1)アドホックネットワークにおけるマルチパスルーティング:昨年度より開発を進めているマルチパスルーティング方式に関して、IETF MANETグループでRFC化されているAODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector)方式をベースに、主にルート選択時のメトリックの改善とシグナリングパケットの減少を目的として方式の開発を進め、シミュレーション評価によって有効性を明らかにした。また、並行してLinuxノートパソコン上へのソフトウェア実装を進め、本年度中の完成を目指して作業を進めている。実装完了時には、シミュレーション評価との条件を揃え、提案方式の実装評価としての有効性を実証する予定である。
(2)アドホックネットワークにおけるTCPフレンドリ制御の特性改善:近年、国際学会において件数が増加しているIEEE802.11のモデリングと解析評価に着目し、VoIPやビデオ配信を想定したTCPフレンドリへの応用について検討を行い、通常の輻較によるパケット廃棄と、ホストの移動に伴う経路更新によって生じるパケットの順序逆転を分類するアルゴリズムを提案し、シミュレーション評価によって提案方式の有効性を明らかにした。
成果発表としては、(1)に関しては、アルゴリズムに関して国際学会発表を行い、実装評価終了時には論文投稿を予定している。(2)に関しては、国内学会への投稿を行い、今後は国際学会投稿を行うと共に、実装評価への反映と論文化を予定している。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究領域課題番号】12750352

【研究分野】情報通信工学

【研究期間】2000〜2001

【研究キーワード】モバイルIP / 高速ハンドオフ / シームレスハンドオフ / ゲートウェイ / 適応誤り制御 / 階層化マルチキャスト / 階層化外部エージェント / モバイルマルチキャスト / マイクロモビリティ / セルラーIP / ハンドオフ

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)

研究概要

前年度の研究成果を発展させ、無線環境、ならびに有線・無線の混在環境下においてインターネット接続を行うときに、効率的なマルチメディア通信を実現するための諸問題の解決に努めた。
(1)移動環境に適した受信者駆動階層化マルチキャストプロトコル
IPマルチキャストを用いたマルチメディア情報の配信制御方式として、受信者駆動階層化マルチキャスト(Receiver-driven Layered Multicast : RLM)プロトコルが知られている。本提案では、このRLMプロトコルを移動通信環境でも使用可能とするための二つの方式を提案した。
・接続エリアの異なる複数のドメインを用意し、そのドメインと各階層を対応つける方式。
・RLMプロトコルの状態遷移に、無線環境特有のビット誤りによって発生したパケット廃棄による状態遷移を付加した方式。
それぞれの方式に対してシミュレーションを行い、提案方式の有効性を明らかにした。
(2)有線・無線境界部(ゲートウェイ)における適応誤り制御技術
有線・無線の混在したインターネット接続環境を想定し、有線接続を想定したパケット廃棄対策として使用されるFECパケット方式と、無線接続を想定したビット誤り対策として使用されるFECヘッダ方式とを統合し、それぞれを有線・無線境界部のゲートウェイにおいて終端・適応制御をかけることで、FEC(誤り訂正符号)によるオーバーヘッドの影響を最低限に抑え、かつ受信端末における満足のいく再生品質を実現するための方式を提案した。合わせて、シミュレーションによって提案方式の有効性を明らかにした。また、既存のRTP/RTCPプロトコルを用いたゲートウェイの実装手段も明らかにした。
(3)高速ハンドオフ・シームレスハンドオフ技術の開発
移動しながらインターネット接続を行う場合に、特に音声や動画像の受信時に大きな品質劣化要因となるハンドオフ(基地局の切り替え)の問題に対して、ハンドオフの影響を最低限に抑えるための移動管理アルゴリズムの提案を三件行った。
・ハンドオフ時に旧ドメインと新ドメインに小規模なマルチキャストを行う方式。これによって接続の瞬断が軽減される。
・ハンドオフ時にアクセスルータと基地局の双方で階層的にバッファリング・バイキャスティングを行う方式。これによって、パケットの誤順序到着が抑えられる。
・ハンドオフ接続先の予測にGPS等の位置情報を利用して接続ドメインの再構成を行う方式。これによって、物理層レベルのアクセスルータのドメイン構成とネットワーク層レベルのドメイン構成の不一致の問題が解消される。
以上の提案方式それぞれに対してシミュレーション評価を行い、提案方式の有効性を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究領域課題番号】12650401

【研究分野】情報通信工学

【研究期間】2000〜2002

【研究キーワード】ストリームキャッシュ / 分散キャッシュ / 階層化キャッシュ / Webフレンドリ / 階層的符号化 / キャッシュ置き換え / キャッシュ先読み / CDN / Webキャッシュ / ストリーミング / 階層キャッシュ / Content Delivery Network / プリフェッチ / ルータ / TCP

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

研究概要

動画像キャッシュ技術、ならびに関連する技術について、以下の検討を行った。
(1)動画ストリーミングに適した分散・階層化キャッシュアルゴリズムの提案と評価
現状のWebキャッシュメカニズムでは、キャッシュサーバが全データをキャッシュするため、動画像のような莫大なデータになると効率が大きく低下する。そこで、動画像データをセグメントと呼ばれる小単位に分割してキャッシュを行う方式、キャッシュサーバを分散的・階層的に配置し、サーバ間の連携によってストリームキャッシュを実現する方式、等を提案した。さらに、検討結果をまとめて国際学会で発表すると共に、電子情報通信学会論文誌への投稿を行なった(採録決定)。
(2)Webフレンドリなストリームキャッシュアルゴリズムの提案と評価
上記の方式はストリーミングメディアに対しては大きな改善結果をもたらすが、その反面、既存のWebデータのキャッシュ効率を低減させる危険性がある。そこで、キャッシュ容量におけるストリーミングデータのキャッシュ量を制限し、Webキャッシュ、ストリームキャッシュそれぞれの効率を高く保つ方式(Webフレンドリなストリームキャッシュ方式)に関する検討を進めた。さらに、検討結果をまとめて国際学会で発表すると共に、(1)と合わせて電子情報通信学会論文誌への投稿を行なった(採録決定)。
(3)階層化画像データベースにおけるキャッシングアルゴリズムの提案と評価
階層的符号化を活用した画像データベースにおける階層化データの置き換え(リプレース)アルゴリズムと先読み(プリフェッチ)アルゴリズムに関する検討を行った。具体的には、嗜好度に応じて階層化データの置き換え、先読みの実行を判断するアルゴリズム、嗜好度に応じたWebアクセスモデルに基づく理論解析手法、等を提案した。さらに、検討結果をまとめて国際学会で発表すると共に、電子情報通信学会論文誌への投稿を行なった(採録決定)。
(4)ストリーミングに適したCDNサーバ間のデータ複製アルゴリズムの開発
近年大きな注目を集めているCDN(Content Delivery Network)に着目し、人気の度合いに応じたCDNサーバ(サロゲート)間のストリーミングデータの効率的な複製アルゴリズムの検討を開始し、ユーザ応答時間や各サーバにおけるデータ格納コストを低減できることを明らかにすると共に、学会発表を行なった。