アドホック通信を利用した増設容易 な無線カメラシステム 電気通信大学大学院情報理工学研究科 准教授 策力木格（チリムゲ） 1 目次 1. 2. 3. 4. 背景 提案技術 想定される用途 産学連携 2 １．背景 IoT技術 Al-Fuqaha et al., “Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications,” IEEE COMMUNICATION SURVEYS & TUTORIALS, VOL. 17, NO. 4, FOURTH QUARTER 2015. 3 無線ネットワーク 携帯 WiFi ??? 自律分散通信、アドホック 4 既存無線カメラシステム 株式会社アイピー・フロント資料 5 アドホックカメラシステム 撮影画像を隣接端末へ配信を 繰り返し、共有する。 株式会社アイピー・フロント資料 6 アドホック無線カメラシステム予備実験 カメラ映像を3ホップアドホック通信でノートPCに転送 7 IoTと自律分散通信 ・IoT（モノのインターネット）端末の増加により、 インフラに依存する通信方式（例えば、携帯電 話ネットワーク）だけでは必要な通信品質を保 証することが難しくなる。 ・自律分散無線通信を活用するIoTシステムの 研究は、通信品質を保証する上で重要な課題 である。 8 提案技術 ・本提案技術は、自律分散通信を活用したIoT通信プロトコルの 研究と、それを利用した無線カメラシステムの研究開発である。 ・本システムの特徴は、複数のTCPセッションを活用して、マルチ ホップアドホック通信の品質を向上させたところにある。 ・従来アドホック通信に比べて30％以上のスループット増を実現 している。これにより、マルチホップアドホック通信におけるカメラ 映像の転送を可能にする。 ・提案システムを利用することで、駐車場、工場、公園、小中学校 等公的施設などへの低コスト監視カメラシステムの設置が簡単 となる。 9 既存技術の問題点と解決方法 ＜既存技術の問題点＞ ・マルチホップのエンドツーエンドTCP通信においては、パケット ロス率が高いため、輻輳制御が動作し、送信レートが抑えられ、 スループットが低下する問題がある。 ・TCPスリーウェイハンドシェイク用メッセージ（SYN, SYN ACK, ACK）が宛先まで届かない場合がある。 ＜解決方法＞ ・提案技術では、エンドツーエンドTCPの代わりに複数の1ホップ のTCPセッションを活用することで、高いエンドツーエンドスルー プットを実現し、無線リソースの有効利用を図る。 10 従来方式 従来方式の概念図 11 提案方式 提案方式の概念図 12 提案方式の実装 アプリケーション層 提案方式 トランスポート層 ＩＰ層 提案方式のTCP/IP参照モデルにおける位置 ＩＰ層以下はどの無線通信手法を利用してもよい 13 従来方式との比較 3500 Throughput (kbps) 3000 2500 2000 提案 従来 1500 1000 500 0 20 70 120 170 220 270 320 370 420 端末間距離（m） 本システムと従来技術の通信品質比較（２ホップ） チェーントポロジ（ノードが直線上に配布されたとき） 14 ホップ数の影響 7000 Throughput (kbps) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 hop数 ノード間距離：20m ノード間距離：420m 本システムのマルチホップでのホップ数と通信品質の遷移 （最低150kbps, 640X480のMP4での30FPS送信可能） 15 新技術の特徴・従来技術との比較 • 本システムの特徴は複数のTCPセッションを活用し て、マルチホップアドホック通信の品質を向上させた ところにある。 • 無線アドホックネットワークにおけるカメラ映像の転送 を実現 • 複数のTCPセッションを利用することにより、マルチ ホップネットワークにおいて、従来方式より高い通信 品質を提供する（2-hopにおいて30%のスループット 増） 16 本システムの優位性 • • • • 通信インフラ構築の簡素化 監視カメラ設置工事費の低減 装置のコストダウン 通信費のコストダウン 17 想定される用途 • 駐車場、工場、公園、小中学校等公的施設な どへの低コスト監視カメラシステム • 大規模マンション、空港、駅、大規模店舗、大 規模工場、過疎地対策、林業への応用 • その他自律分散通信を活用するIoTシステム 18 実用化に向けた課題 • • • • • 劣悪な通信環境（断続的な接続、高密度） 経路選択プロトコルの改善 ユーザーのニーズに合わせたシステムの設計 設定の完全自動化、ユーザインタフェース ネットワーク状況に合わせた画質の自動調整 19 劣悪な通信環境における課題と解決方法 課題① 断続的な接続 解決方法① 長い通信ホップを利用しない （本手法の特徴） 課題② 高密度環境 解決方法② -１ 経路選択→高効率な通信 解決方法② - ２ クラスタリング→送信ノード数の削減 解決方法② - ３ 情報アグリゲーション→送信データ量の 削減 20 産学連携、企業への期待 ＩoT技術を利用したい、IoT分野への展開を考え ている企業や、無線通信を活用するIoTシステ ムに興味を持つ企業との共同研究を希望します。 21 本技術に関する知的財産権 • 発明の名称：マルチホップアドホックネットワークにお ける複数のTCPセッションを利用した通信装置、通信 システム、および通信方法 • 出願番号：特願2015-117719 • 出願人：株式会社アイピー・フロント , 国立大学法人 電気通信大学 , 安 鋭堅 • 発明者：策力木格 , 余 東 , 安 鋭堅 22 産学連携の経歴 •2014年 フリースケール・セミコンダクタ・ジャパンと 共同研究を実施 SUPET GTにおける車両CAN（Controller Area Network）データの収集 開 発 装 置 サーバ側 提案システムを搭載した車 http://ms.toyota.co.jp/jp/gt/image/race/1400-okayama/photo-1400-003.jpg, 2014. 23 SUPER GTにおける車両データ収集実験結果 IEEE 802.11 b/g/n 従来方式 提案方式 24 お問い合わせ先 電気通信大学 産学官連携センター 今田 智勝 ＴＥＬ ０４２−４４３−５８７１ ＦＡＸ ０４２−４４３−５７２６ e-mail [email protected] 25
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