萬代 雅希

近年RFIDシステムが注目され実用化されている.今後多くの場面でさらに多用されることを考えると複数のリーダが複数のタグに同時にアクセスすることが想定される.このような複数リーダRFIDシステムにおいては, 物理的に近い位置にあるリーダ同士の通信が衝突する問題がある.この問題に対してWaldrop, Engels, Sarmは, DCSおよびVDCSを提案し, 各リーダがタグと通信する確率が高い環境では, Slotted Alohaよりも高い通信成功確率が得られると示している.しかしながら, その特性について必ずしも十分な知見が得られているとは言えない.そこで, 本稿ではまずDCSを定式化し、確率モデルを用いて状態遷移確率, 定常状態確率, 通信成功率を導出する.その結果, チャネル利用率を最大にするパケット発生率が存在すること等を明らかにし, さらにDCSの問題点を指摘する.

本研究では，アドホックネットワークにおける送信電力制御を用いた省電力ルート構築法PERFECT (Power-efficient routing based on the Function of Energy Computing Time) を提案する．PERFECTでは，ルート構築時にRREQ(Route REQest)を転送する際，RREQを転送するまでの時間をRREQの受信電力を用いて算出するルーチング方式である．PERFECTは，位置等の制御情報が不要で，異なるアンテナ特性のノードが混在する環境下でも動作可能である．本研究ではさらに，離散的な送信電力制御環境下において，省電力ルート構築可能な拡張方式D-PERFECT (Discrete-PERFECT)を提案する．理論解析および計算機シミュレーションによりPERFECTおよびD-PERFECTの有効性を示す．In this paper, we propose a novel routing algorithm constructing a power efficient route called PERFECT (Power-efficient routing based on the Function of Energy Computing Time) in ad hoc networks. In PERFECT, the standby time to forward RREQ (Route REQest) is calculated by the received power of RREQ. PERFECT does not need additional control packets such as position information etc.. Even if some nodes equipped with different characteristic antenna exist together, PERFECT can construct a power efficient route. In addition, we also propose the extended version of PERFECT called D-PERFECT (Discrete-PERFECT) for discrete power control environment. Theoretical and Simulated results show the effectiveness of PERFECT and D-PERFECT.

c無線アドホックネットワークでは，端末の移動や無線リンクの状態の変化により，トポロジの変化が頻発し端末間の接続性が保障されない．その結果，ある端末が保持するデータに対してアクセスが不可能な状況が起きてしまう．このような問題の解決方法として各端末が持つデータの複製を他の端末に持たせる複製配布方式が提案され ており，筆者らはその一方式としてSC(Skip Copy)方式を提案してきた．SC方式では位置に依存したデータをサーバレスのアドホックネットワークで扱うことを前提として，利用されるデータがGeocastによってアクセスされることを想定し，データの複製をデータ発生源周辺にまばらに配置する．SC方式はデータの冗長度を低く抑えつつデータへのアクセス成功率を高めている．しかしこれまでの評価においては，データ生成時刻の区別やキャッシュ無効化方式については十分な検討がなされていなかった．本稿では，これらの事項について検討し評価を行った．In conventional multi-channel Medium Access Control protocol of ad-hoc networks, there is a channel allocation problem for collision avoidance because node cannot make carrier sensing for different channels simultaneously. In this paper a novel multi-channel MAC protocol with dynamic channel allocation is proposed to solve the problem. Specifically, in the protocol, nodes make carrier sensing by channel-hopping methods. With the information of channel usage, we can allocate a channel to the nodes dynamically. Furthermore, by adjusting the data transmission probability, proposed protocol can also realize high performance throughput n different number of nodes and data sizes. A theoretically protocol analysis is also described.

アドホックネットワークにおいて無線媒体の効率的な利用のためにスマートアンテナの利用が期待されている．本論文でははじめに代表的な無指向性MACプロトコルIEEE 802.11 DCFと3 つの指向性MACプロトコル，DMAC，MMAC，SWAMPのマルチホップ伝送時の特性について比較評価を行う．評価により，指向性隠れ端末問題と呼ばれる問題によって指向性MACプロトコルの性能が送信元と宛先の間のルート形状に強く依存することを明らかにする．次に，指向性隠れ端末に起因する性能劣化への対処として，通信の意図を知らせ指向性隠れ端末にNAVを設定させる3つの方式High gain CTS（HCTS）方式，Backward RTS（BRTS）方式，Relayed CTS（RCTS）方式を提案する．3つの方式はそれぞれ異なる方法で進行中の通信を指向性隠れ端末に知らせ，NAVを設定させることで指向性隠れ端末問題に対処する．計算機シミュレーションにより提案方式が指向性隠れ端末問題を解決し，スループット性能が改善することを示す．Smart antennas are expected to enhance scalability in ad hoc networks. This paper at first evaluates three directional MAC protocols, DMAC, MMAC and SWAMP as well as the omni-directional protocol IEEE 802.11 DCF in multi-hop transmission environment. The evaluations address the problem that the performance strongly depends on the topology of routes between sources and destinations, referred to as a directional hidden terminal problem. After analyzing the problem, we propose three solutions. The solutions are NAV indicators which are high gain CTS (HCTS), backward RTS (BRTS) and relayed CTS (RCTS) indicating on-going communications to a directional hidden terminal to set NAV. Among those we show that the solutions have the improvement of the throughput.

センサネットワークの問題として, 地理的に観測データの発生が偏ることで, パケット中継による電力消費により, 一部のセンサノードのみが早期にバッテリ枯渇を引き起こすことが挙げられ, ネットワーク寿命の延長を困難にする.本研究では, 複数のシンクを用いることで各ノードが複数のシンクを届け先としてパケットを分配送信する方式を提案し, 観測データ発生量が偏ることでネットワーク寿命の延長が困難になる問題を解決する.最後に, 計算機シミュレーションによる評価を行い, ネットワーク寿命の延長が実現できることを示す.

センサノードに指向性アンテナを用いることでノードの省電力化が図れる.しかし, 指向性によりビーム幅が狭くなるため, リンク数が減少する.この問題を解決するために指向性アンテナを複数組み合わせたセンサノード構成法および制御法を提案する.まず, 提案方式を, MAC層において衝突を考慮した環境下において, 計算機シミュレーションにより評価する.次にこの環境にシンクへのデータ転送を考慮した場合について評価し, センサネットワークにおける複数指向性アンテナの有効性を示す.

近年ITS（Intelligent Transport systems）が注目されており、様々な通信システムが提案されている。その通信方式の一つとして車車間通信が挙げられる。車車間通信によって事故防止の支援や自動運転の実現などが期待されている。そのため通信における高信頼性が求められる。しかし、データパケットの衝突が頻繁に発生し、車車間通信の信頼性は低い。本稿では車群ネットワーク通信プロトコルR-VGMP(Reliable MAC Protocol with Vehicle Grouping)を提案し、その有効性を論じる。本提案方式ではTDMAを基本としており、まず各車両がマスター車両を選出して車群ネットワークを構成する。マスター車両を中心とした集中制御により高信頼性を実現する。また計算機シミュレーションにより車群ネットワーク構成における制御パケットの到達率を評価し、衝突を抑えたデータ通信が可能であることを示す。In recent years, various communication systems for ITS (Intelligent Transport Systems) have been proposed. The Inter-Vehicle Communication(IVC) is one of the ITS communication methods. IVC should be available to prevent accidents and to achieve automatic driving. Therefore, it requires high reliability. However, the frequent collision of data packets results in the low reliability. This paper proposes a vehicle grouping communication protocol called R-VGMP and evaluates it. R-VGMP is TDMA-based and achieves high reliability by building a vehicle group with the master car, which control the group network. Simulation study shows that reachability rate of the control packet in vehicle grouping phase is relatively higher than a simple protocol of IEEE802.11 due to suppression of data collision.

電力効率の高いルートを構築するアドホックネットワークルーチングアルゴリズムPERFECT(Power Efficient Routing based on Function of Energy Computing Time)を提案する。 PERFECTはRREQ (Route REQuest)の受信電力の大きさから待機時間を算出し、待機時間の間だけRREQの転送を延期することで電力効率の高いルートを構築する。関連研究との比較評価によって、PERFECTがわずかな制御トラヒックや計算量のコストで電力効率の高いルートを構築することを示す。さらに、PERFECTの待機時間を算出する関数を拡張し段階的にパワー制御を行う実際の状況への対応を検討する。

有線および無線チャネルのオーバヘッドをほとんど増大させることなく低ハンドオフレイテンシを実現する移動端末の位置情報を用いたハンドオフ方式を提案する．提案方式では，有線チャネルの負荷を低減するために，移動元フォーリンエージェント（FA ）がハンドオフを検出した場合，移動端末（MN ）および周辺FA の位置情報を用いて移動先FA を推定し，移動先FA を限定してパケットを複製して転送する．また，ハンドオフレイテンシ特性を改善するために，移動先FA がAgentAdvertisement （ADV ）間隔を短縮することで，MN が自セル内に入ったことを認識するまでにかかる時間を短縮する．さらに，無線チャネルのオーバヘッドの増大を抑えるために，実際の移動先ではなかったすべての推定移動先FA でのADV 送信間隔の短縮を解除する機能を付加する．理論解析および計算機シミュレーションを用いて提案方式のハンドオフレイテンシおよびオーバヘッド特性について評価し，提案方式は有線および無線チャネルにおけるオーバヘッドをほとんど増大させることなく低ハンドオフレイテンシを実現できることを示す．In order to realize low handoff latency without increasing overhead, we propose a handoff scheme using positional information for Mobile IP based networks.In the proposed scheme, to reduce overhead in wired channel, when a foreign agent (FA)detect a handoff, old FA estimates the next FA by using the positional information of mobile node (MN)and neighbor FAs.The old FA copies and forwards packets to the estimated next FA. In addition, to shorten handoff latency, old FA informs a handoff to the estimated next FA,and the estimated next FAs shorten its Agent Advertisement (ADV)message interval.Moreover,to alleviate overhead in wireless channel,old FA informs to all neighbor FAs except the actual next FA that the estimation is failed.The informed FAs cancel to shorten ADV message transmission interval. By performance evaluation using theoretical analysis and computer simulations,we show that the proposed scheme can realize low handoff latency without increasing overhead in both wired and wireless channel.

本研究ではMobile Internet Protocol (IP)のマルチキャスト通信において,端末の移動によりマルチキャストパスが切断することを目避するため,マルチキャストパスを変更しMobile Host (MH)の通信切断時間を低減するMobne IPマルチキャストプロトコルを提案する.提案方式では,Correspondent Host(CH)からMobile MulticastGateway(MMG)経由でマルチキャストデータを受信するMHが他のネットワークにハンドオフする場合,MMGがCHからMMG経由のマルチキャストパスを他のMHに変更することにより,MMGの通信切断を回避し,MHの通信切断時間を低減する.計算機シミュレーションにより帯域使用率,および通信切断時間を評価し,提案方式の有効性を示す.

We propose to A Wireless Sensor Networking Architecture for Lifesaving in a Disaster. In this research, system has a division-by-class structure by role. At our Sensor Network, the kind of node is different from the communication ranges. We propose to manage power consumption to reduce by three modes. In the communication system is combined various MAC protocols. This paper examines the construction of the sensor network which collects information for damage assessment of a building or the rescue of the persons confined in a building at a disaster. We describe the composition of a sensor network and the function of a node and examine the communication system for disaster. Moreover, we examine the MAC protocol which raises communicative reliability for the power-saving of a sensor and the communicates at the time of a calamity.

本論文では,片方向リンクが存在するアドホックネットワークにおける効率的なマルチキャストルーチングプロトコルを提案する.提案方式では,ODMRP(On-Demand Multicast Routing Protocol)の制御データに対してのACKパケットを追加し,制御データおよびACKパケットを用いることにより,リンクが双方向リンクか片方向リンクを検出する.さらに,片方向リンクを検出したノードは周辺ノードを利用してどのリンクが片方向リンクであるかをマルチキャスト送信ノードに知らせる.従って,提案方式は片方向リンクを考慮したマルチキャスト送信ノードから受信ノードまでのルートを探索することができる.計算機シミュレーションを用いて提案方式およびODMRPにおけるルートの平均ホップ数およびルートを検出できない確率を示し,提案方式がODMRPと比較して帯域を有効に利用することができることを示す.

モバイルIPにおいて有線チャネルの負荷を増大させることなく低ハンドオフレイテンシ特性を実現するために,移動端末および基地局の位置情報を用いたハンドオフ方式を提案する.提案方式において,移動端末および基地局はGPS等を装備することで位置情報を得る.基地局は周辺基地局の位置およびアドレスを把握し,移動端末との距離がしきい値を越えた場合に,移動端末に最も近い基地局をハンドオフ先として予想しパケットを複製して転送する.提案方式では,移動端末および基地局の位置情報を用いることでパケットの転送先を特定することが可能なため,有線チャネルのトラヒックの増大を抑えられる.また,移動元基地局がハンドオフを検出した際に移動先基地局に対してハンドオフを通知することで,移動先基地局が定期的にブロードキャストする広告メッセージ間隔を短縮させ,移動端末が自セル内に入ったことを認識するまでにかかる時間を短縮する.さらに,移動先基地局が移動端末からの登録要求を受信した際に,即座に仮登録メッセージを移動端末に返信することで,移動先基地局のアドレスを登録する時間を待つことなく移動端末が転送パケットの受信を開始できる.特性解析および計算機シミュレーションを用いて提案方式のハンドオフレイテンシおよびオーバーヘッド特性について評価し,提案方式は有線および無線チャネルにおけるオーバーヘッドをほとんど増大させることなく低ハンドオフレイテンシ特性を実現できることを示す.

本研究では,経路制御情報量や経路探索情報量を削減するために,新しい径路探索法を用いた多階層Zone-based Hierarchical Link State (ZHLS)ルーチング方式を提案する.提案方式では,経路制御情報量を削減するために,ZHLSルーチング方式を多階層化する.さらに提案方式では,経路探素を行うときに,送信端末は全てのゾーンに対して宛先端末のゾーンIDをユニキャストで問い合わせるのではなく,上位層の各ゾーンのゲートウェイ端末に対して所属する下位層の各ゾーンヘの問い合わせを依頼することによって,経路探索情報量を削減することができる.数値解析および計算機シミュレーションによって特性を評価し,従来のZHLSルーチング方式と比較して経路制御情報量や経路探索情報量を削減できることから,提案方式の有効性を示す.

Wireless 1394方式のIsochronous転送を用いてMPEG-2等のVBR(Variable Bit Rate)動画像データを伝送する場合,動画像を伝送する端末はピークレートに相当する帯域をIsoスロットとして固定で割り当てられるため,動画像データのビットレートがピークレートでない場合にIsoスロット内に空きの帯域が生じてしまい,チャネル利用率特性が劣化するという問題がある.そこで,本研究ではWireless 1394方式のIsochronous転送においてVBR動画像データを転送する際,Isoスロット内に発生する空きの帯域を動画像の品質を劣化させずに有効利用するため,Isoスロットに割り当てる帯域を削減し,Isoスロットで送りきれない動画像のデータをAsyncスロットを用いて転送するVBR動画像伝送方式を提案し,提案方式がチャネル利用率特性を改善できることを示す.

本論文では, アドホックネットワークにおいてブロードキャストおよびユニキャスト通信をサポートし, 予約デッドロック状態の端末によるデータパケットの送信を回避し, さらに端末の移動に伴うネットワークトポロジの変化に対応できるMACプロトコルを提案する.提案方式は, 送信要求パケットを複数のミニスロットから選択された一つのミニスロットで送信することによって送信要求パケット同士の衝突を軽減し, また隣接する送信要求を持つ複数の端末同士が相互に認識可能にすることで予約デッドロック状態の端末によるデータパケットの送信を回避する.また, スロット毎に予約を受け付けることでアクセス遅延を低減し, 端末の移動に伴うネットワークトポロジの変化に対応する.計算機シミュレーションを用いて提案方式のスループット, データパケット遅延特性に一ついて評価を行い, 提案方式の有効性を示す.

本研究では, Wireless1394方式のAsynchronous転送におけるデータパケットの送信待ち時間特性と再送効率特性を改善するために, トークンパッシングとハブステーションによるパケット再送信を適用したWireless1394方式を提案する。提案方式では, 送信権の受け渡しにトークンパッシング方式を用いることで, ポーリングを用いることによるタイムアウトを削減する. これに加えて, 人体による遮へいにより, トークンパケットやデータパケットの受信誤りが発生した場合, 再送回数の増大を抑制するためにハブステーションから再送すべきパケットを送る. 計算機シミュレーションによって提案方式の特性評価を行い, 提案方式は従来方式と比較して, データパケットの送信待ち時間特性と再送効率特性を改善できることを示す.

無線アドホックネットワークにおいて, 高いスループット特性を実現できる新たなMACプロトコルを提案する. 提案プロトコルは, request-to-send(RTS)/clear-to-send(CTS)方式に加えて, 二つのトーン信号を適用した方式である. トーン信号PTtは, 近隣ノードに対してパケットの送信を禁止するため, またトーン信号PTrはパケットの受信を禁止するためにそれぞれ用いられる. これら二つのトーン信号を用いることで, 隠れ端末問題およびexposed端末問題を軽減できる. また提案プロトコルは, RTSパケットの送信に際して, PTt信号を送信する操作を付加することで, RTSパケット同士の衝突を軽減することができ, 高いスループット特性を得られる. 理論解析および計算機シミュレーションにより特性評価を行い, 提案プロトコルの有効性を示す.

本研究では, 音声パケット棄却率特性を劣化させずに, データメッセージ遅延特性を改善するために, DRMA方式を修正した2つの方式を提案する.提案方式1として, データ端末に1フレーム中の複数スロットの予約を許すDRMA方式を提案する.また, 送信許可確率の設定に左右されずにデータメッセージ遅延特性を最小にするために, 提案方式2としてデータ端末の送信許可確率制御に指数関数バックオフ方式を用い, チャネル状況に応じて送信許可確率を可変としたDRMA方式を提案する.計算機シミュレーションによって特性評価を行い, 提案方式は従来方式と比較して, 音声パケット棄却率特性を劣化させることなくデータメッセージ遅延特性を改善できることを示す.

可変長メッセージのトラヒックを扱うWDMシングルホップネットワークにおいて, 短いメッセージを優先的にデータチャネルを予約するプロトコルと, さらに遅延時間に閾値を設けた予約プロトコルを提案する.同時に長さの異なる複数のメッセージが到着した場合, 短いメッセージを優先した方式は, メッセージ長に関わらずランダムにデータチャネルの予約を行なう方式に比べ, メッセージの平均遅延を改善できることを, 計算機シミュレーション結果より示す.また, メッセージの遅延時間に閾値を設け, その閾値を超えた場合に優先度を高くする方式により長いメッセージの遅延特性劣化を低減できることを示す.

シフタを用いずにバンヤン網の入力で同じ出力を目指すパケットが棄却されるのを防ぐことのできるバンヤン網の入力に中間バッファを用いたSCOQ交換機モデルを提案する。提案モデルは、バンヤン網の入力でパケットの競合が起きた時、中間バッファで待機させパケットの棄却率を改善することができる。パケット棄却率と平均待ち時間について理論解析を行ない、計算機シミュレーションと比較し理論解析の妥当性を示す。さらに、従来のSCOQ交換機及びシフタと中間バッファを用いたSCOQ交換機と比較し提案モデルの有効性を示す。

木研究では,WDM方式を用いたスター型光ネットワークにおいて, 1タイムスロットをさらに細かいミニスロットに分割し,複数の短いパケットから構成される通報を扱うことで, きめ細かな通報長のトラヒックに対応できるパケット交換プロトコルを提案する.提案プロトコルのスループット及び平均系内時間について計算機シミュレーションにより特性評価をすることにより,提案プロトコルは,1タイムスロット中に複数のバケットを転送することでチューニング時問の影響を受けずに, きめ細かな通報長のトラヒックを扱う柔軟なネットワークを構築できることを示す.