研究紹介

インターネットの普及に伴い、各種サーバやクライアントPC等の相互通信のための有線ネットワークにとどまらず、ノートPCや携帯電話・スマートフォンを利用する無線ネットワーク、さらには、環境情報取得や人間の社会的活動をサポートするセンサネットワークなどが相互接続された「いつでも・どこでも・何でも・誰とでも」通信可能なユビキタスネットワークの実現が期待されています。

また一方で、ユビキタスネットワークのように大規模・複雑システムにおける多種多様なデータ通信を実現するにあたり、システムを構成する通信機器の冗長性を排除して消費電力を削減するようなGreenICT技術の重要性も増してきています。

これらを鑑みて、我々の研究室は以下のようなテーマについての研究を行っています。

Green ICT

Green ICTとは?

地球環境への負荷を低減可能なIT関連機器やITシステムの総称です。当研究室では大規模ネットワークにおける伝送回線や通信機器の利用制限、電源カットを用いて、空間的・時間的な省電力化を可能とするGreen ICT技術の研究を行っています。

大規模ネットワークとは、任意の送受信者間で通信可能な伝送回線・通信機器に冗長性を有する、すなわち、いくつもの通信経路が存在する可能性のあることを示します。

ネットワーク全体で収容している通信情報量が少ない場合、たとえば、転送帯域が大きい伝送回線や処理能力の高いルータ・スイッチに集約して転送することが可能であれば、他の伝送回線や通信機器の利用制限、もしくは電源カットによりネットワーク全体として省電力化を図ることが可能になります。

また、伝送回線一つにおいても、省電力化が可能であると考えられます。 通信機器であるルータ・スイッチには、転送帯域幅が大きいほど消費電力量に増加傾向が見られることから、情報転送量に応じて転送帯域幅を切り替えて、省電力化を行う手法が提案されています。

UDPトラヒックを対象とする場合、転送性能に影響を与えない動的な転送帯域制限が可能となりますが、TCPトラヒックを対象とする場合、フロー制御機構によって転送性能が劣化する可能性があります。そのため、情報転送量の調整を送受信者に促すことにより、TCPの転送性能を劣化させずに一時的な省電力化を行う手法について調査しています。

そのような、ネットワークにおける空間的・時間的な省電力化を可能とするGreen ICT技術の研究を行っています。

【キーワード】LANスイッチ,省電力,経路集約,経路制御,OSPF,TCP,リンク速度切替方式
TE(Traffic Engineering)

TEとは?

インターネット通信は自動車が道路を通る様子と似ており(道路がリンク、交差点がルータ、自動車がデータ)、"より早く到着する道"/"通りやすい道"に自動車を誘導して渋滞を解消する交通整理の役目をしているのがTraffic Engineeringです。

「インターネット」と総称されるシステムは種々の有線/無線ネットワークやセンサ・アクチュエータネットワークなどの相互接続により構成された大規模で、かつ構造が非常に複雑なシステムとみなすことができます。そのようなシステムにおいて、任意の送受信者間で要求する通信品質を満足する情報転送を行うためには、システムの特徴を生かしたトラヒック制御が必要となります。

このような大規模・複雑システムを構成する通信機器の物理的なトポロジや、データ通信に関する論理的なトポロジは、スケールフリー性(スモールワールド性)を有することが示されています。

また、トラヒックの転送技術として、ネットワーク資源を効率的に利用し、転送性能を向上させるトラヒックエンジニアリング(TE)があります。一般的なTEでは、複数ある経路の中から状況に応じて経路を選択する空間的な経路決定を行います。しかし、現在のような有線/無線ネットワークでは、リンク状態の回復を待機するような時間的な経路決定も必要となってきており、最適な経路決定が難しくなっています。

そのために、当研究室では、ネットワークプロトコルの観点からみた基礎的な研究から、システムの性質を利用した応用的なトラヒック制御技術の検討、ならびに実装実験による検証を行っています。

【キーワード】TE,負荷分散,経路制御,スケールフリーネットワーク,DTN
Wireless

コグニティブ無線とは?

コグニティブ無線技術は、空間的・時間的に利用状況が変化する無線周波数の特性を有効利用し,広い範囲の周波数帯から利用可能な周波数を選択し,切り替えることで通信を行うという技術です。

ユビキタスネットワークでは、様々な状況に応じて最適なサービスを提供するための技術が必要となります。その技術の1つとしてセンサネットワーク技術があり、それを利用することで環境情報(温度、湿度、降雨量)や属性情報(人やモノの状況)、個体情報(位置、存在、速度、加速度)などを取得し、人間の活動をサポートすることが可能となります。

しかし、多くの情報を取得するためには、センサネットワークを構成するセンサノードが広範囲に、かつ大量に配置され、自律的にネットワークを構成する必要があります。それゆえ、センサノードはバッテリ駆動で通信距離の短い低機能通信デバイスとなり、そのような制限化においては、センサの消費電力を抑える手法や効率的に情報を伝達する手法が必要となります。

そこで、本研究室ではセンサの状態遷移を用いた省電力化手法や、通信タイミングをスケジューリングするMAC層通信方式、領域を分割してデータを集める階層型データ集約手法に関して研究しております。

また、近年ネットワークを用いた多種多様なサービスの混在により、割り当て周波数の不足が問題になっています。そこで、周辺の周波数の利用状況を動的に認知し、各周波数のプライマリユーザが利用していない間にセカンダリユーザがその周波数を利用するコグニティブ無線技術についても着目しています。

【キーワード】センサネットワーク,コグニティブ技術,ターゲット捕捉,階層型データ転送

研究業績

2016年度
  • マルチパスTCPを利用したEnd-to-End省電力TEの実現に関する研究 [PDF]
  • 無線網を用いた微細・大量データ収集における重複集約/中継方式に関する研究 [PDF]
  • 省電力TCPにおける動的セグメント転送移行とウインドウサイズ増加のための経路利用率推定方法に関する研究 [PDF]
  • ネットワーク省電力化のための時間的/空間的TEに関する研究 [PDF]
  • 省電力経路集約における転送性能を考慮した利用リンク決定アルゴリズムに関する研究 [PDF]
  • 4Gネットワークにおける障害時の異種トラヒック収容率評価に関する研究 [PDF]
  • 遅延ベースTCPにおける省電力化手法の性能評価に関する研究 [PDF]
  • 5Gネットワークにおける異種無線アクセス網の協調手法に関する研究 [PDF]
  • 省電力MPTCPにおける複数コネクション確立手法に関する研究 [PDF]
  • 省電力経路集約問題における最短経路木構成方式に関する研究 [PDF]
2015年度
  • マルチパスTCPを利用したEnd-to-End空間的省電力TE [PDF]
  • 無線ネットワークにおける微細・大量データ収容のためのデータ中継/集約方式 [PDF]
  • ネットワーク機器省電力化のためのTCP転送移行とウインドウサイズ調整の実装 [PDF]
  • リンク帯域を考慮したルータ経路木の重畳に基づく 省電力経路集約方式におけるコスト設計指針 [PDF]
  • 劣悪な無線環境における能動形AP位置制御に関する研究 [PDF]
  • 空間的統括TEにおける経路制御切替指標の調査に関する研究 [PDF]
  • 無線環境における省電力TCPの性能評価に関する研究 [PDF]
  • 無線ネットワークエリア拡張のための中継局の機能調査に関する研究 [PDF]
  • 異種ネットワーク環境における省電力MPTCPの性能評価に関する研究 [PDF]
2014年度
  • トラヒック変動を考慮したノード経路木の重畳に基づく省電力経路集約手法に関する研究 [PDF]
  • コグニティブ無線環境における制御チャネル用統合MACプロトコルに関する研究 [PDF]
  • 時間的/空間的省電力TEにおける遅延特性の性能解析に関する研究 [PDF]
  • マルチパスTCPを利用したEnd-to-End省電力TEの実装に関する研究 [PDF]
  • 微細・大量データ収集における中継ノード活用方式に関する研究 [PDF]
  • TCP送信ノードにおける利用率推定と省電力化のための動的セグメント転送移行方式に関する研究 [PDF]
  • 省電力経路制御のためのトポロジ情報に基づく集約リンク選択方式に関する研究 [PDF]
  • ネットワーク省電力化のための時間的/空間的TEの性能評価に関する研究 [PDF]
  • 省電力経路集約問題の定式化と解決アルゴリズムの検討に関する研究 [PDF]
2013年度
  • 自律的な省電力TEのためのリンク切断/復旧アルゴリズムに関する研究 [PDF]
  • TCPセグメント転送移行とウィンドウサイズ制御によるリンク省電力手法に関する研究 [PDF]
  • ネットワークにおけるリンク重要度を用いた特性推定に関する研究 [PDF]
  • TCPフローを対象とした空間的省電力TEに関する研究 [PDF]
  • コンテンションウィンドウ制御による広域無線アクセス方式の検討に関する研究 [PDF]
  • 複数ルータの最短経路木を利用した省電力経路制御方式の実現に関する研究 [PDF]
  • マルチパスTCPを利用した時間的・空間的省電力TEに関する研究 [PDF]
  • 微小・大量データ収集環境を想定したCSMA/CAの性能調査に関する研究 [PDF]
  • 省電力対象リンクの利用状況に基づく動的TCPセグメント転送移行方式の性能評価 [PDF]
  • リンク省電力化のためのTCPセグメント転送移行方式の実現に関する研究 [PDF]
  • リンク特性を考慮したルータ経路木に基づく省電力経路集約方式に関する研究 [PDF]
2012年度
  • 多段ネットワーク環境におけるTCPデータ転送移行による省電力制御方式に関する性能評価 [PDF]
  • ノード位置情報を利用した制御情報交換のための無線MACプロトコルに関する研究 [PDF]
  • ポート転送速度切り替え時間を考慮した省電力トラヒックエンジニアリングの性能解析に関する研究 [PDF]
  • 特定ルータの最短経路木を利用した省電力経路集約方式に関する研究 [PDF]
  • NW機器省電力化のためのTCPセグメント転送移行によるリンクアイドル時間集約方式に関する研究 [PDF]
  • 省電力Layer2スイッチを利用した省電力効果と転送性能の計測実験 [PDF]
  • スライス化ルータアーキテクチャにおけるバッファ・転送エンジン省電力化に関する研究 [PDF]
  • 省電力経路制御のための特定ルータ群を起点とした集約リンク選択手法に関する研究 [PDF]
  • コグニティブ無線環境における制御チャネル用統合MACプロトコルに関する研究 [PDF]
  • 空間的省電力TEにおける経路集約/分散方式の性能解析に関する研究[PDF]
2011年度
  • TCPフローのデータ転送移行による省電力化のためのリンク利用時間集約方式に関する研究 [PDF]
  • TCPフローのデータ転送移行による省電力制御方式の基礎評価に関する研究 [PDF]
  • 省電力経路制御におけるトポロジ情報を利用した削減対象リンク選択方式に関する研究 [PDF]
  • 省電力経路制御方式の実装実験に関する研究 [PDF]
  • リンク重要度を利用した省電力経路制御方式の基礎評価に関する研究 [PDF]
  • リンク重要度とトラヒックの通信品質との関連の調査に関する研究 [PDF]
  • ネットワーク省電力化のための経路集約/分散アルゴリズムの性能評価に関する研究 [PDF]
  • 空間的省電力TEにおけるTCPフローの性能評価に関する研究 [PDF]
  • 多点観測型移動ターゲット捕捉センサネットワークの性能解析に関する研究 [PDF]
  • 素数を利用した無線アクセス 制御方式の性能評価に関する研究 [PDF]
2010年度
  • ネットワーク省電力制御に親和性を有するTCP の調査と転送機構改良に関する研究 [PDF]
  • ルータ間リンクの省電力制御が多重TCP トラヒックに及ぼす影響調査のための実装実験 [PDF]
  • TCP のセグメント転送タイミング制御による省電力効果に関する研究 [PDF]
  • ネットワークトポロジ情報を利用した自律的な負荷分散のための制御対象リンク選択方式に関する研究
  • 複数ルータのスパニングツリーを利用した省電力経路集約方式の性能評価 [PDF]
  • 省電力経路制御方式の実装実験を通した実現性・規模拡張性の検証 [PDF]
  • トラヒックの転送待機を考慮した時間的/空間的トラヒックエンジニアリングの性能評価 [PDF]
  • ターゲット捕捉センサネットワークにおける近隣センサ状態を活用した捕捉アルゴリズムの改善に関する研究 [PDF]
  • センサノードにおける自律分散スケジューリング機構を利用したMAC 層通信方式に関する基礎研究 [PDF]
  • 大規模センサネットワークにおけるノード移動性を考慮した自律分散通信法式の検討 [PDF]
2009年度
  • LAN スイッチ省電力化におけるリンク転送速度切替方式に関する研究 [PDF]
  • リンク速度切替によるLANスイッチ省電力化手法の実装に関する研究 [PDF]
  • ネットワーク省電力化のためのTCPフロー転送タイミング制御の性能評価に関する研究 [PDF]
  • ネットワーク構造の特徴を考慮した省電力化経路制御に関する研究 [PDF]
  • ネットワーク省電力化のための経路集約/分散方式の改良とその評価に関する研究 [PDF]
  • ターゲット捕捉センサネットワークにおける省電力化のための捕捉メッセージ送信エリア径制御に関する研究 [PDF]
  • 汎用センサデバイスを用いた学生管理システムの開発に関する研究 [PDF]

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