SCOPE研究成果発表（九州ＩＣＴイノベーションセミナー2016）

実空間情報連動型ネットワークシステムの研究開発（平成26年度〜平成28年度）
2016/10/28
研究代表者：中村勝一（iD）
研究分担者：永田晃（iD）, 野林⼤起, 塚本和也, 池永全志（九州工業大学）

発表内容
 全体説明 サブテーマ１

実空間情報連動型ネットワーク管理システムのプロトタイプ開発

 サブテーマ２(a)

実空間情報連動型通信方式（実空間情報収集方式）の研究開発

 サブテーマ２(b)

実空間情報連動型通信方式（適切なグループへの情報配信方式）の研
究開発

 実機実験 まとめ

iD Confidential

2

研究背景と目的
インターネット＆SNSの普及スマートフォン
世帯普及率62.6%
全世界のSNSユーザ数
18.2億人(情報通信白書
平成26年度版)「いつでもどこでも誰かとつながる」仮想空間が世界規模で展開
実空間：人々が実際に生活や活動する空間
避難地域（非常時）
支援したい
けど・・・

！
！

避難地域Ｂ

見守り（通常時）
体調
が悪い

！ ！
！

避難地域Ａ

本研究の目的！
！

本研究のアプローチ•

実空間グループコミュニケーションの実現•

特定の事象に関連性が強く、かつ、物理的に身近で活動する人々を動的に結びつけ•

特に、そもそも適切な相手がわからない状態
における多対多コミュニケーションの創出•

実空間を考慮してコミュニケーションすべき相手を抽出するシステムの考案•

アプリケーションとしての実現ではなくプラットフォーム（情報通信基盤）として実現

実空間を考慮した情報配信網の必要性→ 実空間情報連動型ネットワークシステム(r-Space)の提案
iD Confidential3

実空間コミュニケーションのための要件（続） 要件１）
 ユーザの属⼈情報および物理的位置情報の把握・管理 要件２）
 要求に応じた実空間の設定および該当属性ユーザの抽出 要件３）
 抽出ユーザ間の相互通信手段の提供

iD Confidential

4

実空間情報連動型ネットワークシステム(r-Space)の概要
管理サーバとユーザ端末との連携により，実空間属性に連動するユーザグループ
に対する情報配信・情報交換サービスを提供(4) 生成グループのユーザ間で情報通知や情報交換

実空間連動型ネットワーク(3)収集情報と当該エリアの空間的特性から条件を満たすユーザ群を抽出し、グループ生成(3)実空間ユーザ状況管理ユーザグループ⽣成
空間特性に合わせた実空間エリアの設定(4)グループ内
情報配信網生成

近くにいる
同姓の方に
助けて欲しい実空間距離
優先探索

r-Space
管理サーバ
実空間情報連動型DB
属性メッシュ対応DB

女性

地図属性情報DB女性(1)情報収集男性
女性

ユーザ(2)グループ
生成要求(2)ユーザからのグループ生成要求(属性セットや地理的範囲等の条件を指定)

ユーザ属性情報（位置、属人情報）

降雨属性情報
電波強度属性情報
・・・
各種オープンデータと連携（外部システム上の属性情報）(1) ユーザ端末から、ユーザ属性を定期的に情報収集

iD Confidential

5

３つの研究開発課題サブテーマ
r-Space
管理サーバ

情報収集

オープンデータ
地理情報
降水情報
電波強度マップ
・・・
ユーザ情報

広域無線網
(WiMAX、LTE等)(サブテーマ2)
実空間情報連動型通信方式の研究開発(a)実空間情報収集方式
主担当：九州工業大学

近距離端末間通信(アドホック無線LAN)
r-Space
管理サーバ

オープンデータ
地理情報
降水情報
電波強度マップ
・・・

配信要求

グループ抽出

ユーザ情報

広域無線網
(WiMAX、LTE等)

助けて!

(サブテーマ1)
実空間情報連動型ネット
ワーク管理システムのプロ
トタイプ開発
主担当：株式会社ｉＤ

近距離端末間通信(アドホック無線LAN)
r-Space
管理サーバ

グループ通知オープンデータ
地理情報
降水情報
電波強度マップ
・・・
ユーザ情報

助けて!

広域無線網
(WiMAX、LTE等)(サブテーマ2)
実空間情報連動型通信方式の研究開発(b)適切なグループへの情報
配信方式
主担当：九州工業大学

メッセージ
配信
近距離端末間通信(アドホック無線LAN)

iD Confidential

6サブテーマ１）
実空間情報連動型ネットワーク管理システムのプロトタイプ開発

iD Confidential

7

実空間エリアと連動するユーザグループ（やりたいこと）
従来：
位置情報の活用は可能であっても直線距離的な「近隣ユーザ」への配信
実空間考慮機能OFF

本システム：
位置情報＋地理的特性を考慮した「近隣ユーザ」への情報配信
実空間考慮機能ON

非抽出ユーザ
幹線道路

抽出ユーザ

15分

HELP!!

川

5分
橋

1分

幹線道路

3分
幹線道路

5分

幹線道路

HELP!!

川橋

1分

iD Confidential

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要求元ユーザ起点のコストマップ作成

コストマップ変換

実空間管理⽅針（コストマップ作成）
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a
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実空間エリア

対象ユーザ群抽出

山

要求元
ユーザ
位置情報
属性情報（人・端末）

川
メッシュ（細分化単位）橋
外部オープンデータ取り込み（例：地図）情報収集
iD Confidential

情報配信
9実空間管理⽅針（メッシュ管理）
r-Space
管理サーバ

5030172232000/33.4948091948,130.8907964340/33.4946577836,130.8916813900
5030172232001/33.4948091948,130.8916813900/33.4946577836,130.8927875850
5030172232010/33.4948091948,130.8927875850/33.4946577836,130.8936725420
5030172232011/33.4948091948,130.8936725420/33.4946577836,130.8945574980
5030172232100/33.4948091948,130.8945574980/33.4946577836,130.8956636930
5030172232101/33.4948091948,130.8956636930/33.4946577836,130.8965486490
5030172232110/33.4948091948,130.8965486490/33.4946577836,130.8976548440
5030172232111/33.4948091948,130.8976548440/33.4946577836,130.8985398010
5030172233000/33.4948091948,130.8985398010/33.4946577836,130.8994247570
5030172233001/33.4948091948,130.8994247570/33.4946577836,130.9005309520
5030172233010/33.4948091948,130.9005309520/33.4946577836,130.9014159080
5030172233011/33.4948091948,130.9014159080/33.4946577836,130.9025221030
5030172233100/33.4948091948,130.9025221030/33.4946577836,130.9034070600
5030172233101/33.4948091948,130.9034070600/33.4946577836,130.9045132550
5030172233110/33.4948091948,130.9045132550/33.4946577836,130.9053982110
5030172233111/33.4948091948,130.9053982110/33.4946577836,130.9062831670
5030172322000/33.4948091948,130.9062831670/33.4946577836,130.9073893620
5030172322001/33.4948091948,130.9073893620/33.4946577836,130.9082743190
5030172322010/33.4948091948,130.9082743190/33.4946577836,130.9093805140
5030172322011/33.4948091948,130.9093805140/33.4946577836,130.9102654700
5030172322100/33.4948091948,130.9102654700/33.4946577836,130.9111504260
5030172322101/33.4948091948,130.9111504260/33.4946577836,130.9122566210
5030172322110/33.4948091948,130.9122566210/33.4946577836,130.9131415780
5030172322111/33.4948091948,130.9131415780/33.4946577836,130.9142477730
5030172323000/33.4948091948,130.9142477730/33.4946577836,130.9151327290
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5030172333010/33.4948091948,130.9317256570/33.4946577836,130.9328318530
5030172333011/33.4948091948,130.9328318530/33.4946577836,130.9337168090
5030172333100/33.4948091948,130.9337168090/33.4946577836,130.9346017650
5030172333101/33.4948091948,130.9346017650/33.4946577836,130.9357079600
5030172333110/33.4948091948,130.9357079600/33.4946577836,130.9365929160
5030172333111/33.4948091948,130.9365929160/33.4946577836,130.9376991120
5030173222000/33.4948091948,130.9376991120/33.4946577836,130.9385840680
5030173222001/33.4948091948,130.9385840680/33.4946577836,130.9394690240
5030173222010/33.4948091948,130.9394690240/33.4946577836,130.9405752190
5030173222011/33.4948091948,130.9405752190/33.4946577836,130.9414601750
5030173222100/33.4948091948,130.9414601750/33.4946577836,130.9425663710
5030173222101/33.4948091948,130.9425663710/33.4946577836,130.9434513270
5030173222110/33.4948091948,130.9434513270/33.4946577836,130.9443362830
5030173222111/33.4948091948,130.9443362830/33.4946577836,130.9450000000
5030172230222/33.4946577836,130.8907964340/33.4940521390,130.8916813900
5030172230223/33.4946577836,130.8916813900/33.4940521390,130.8927875850
5030172230232/33.4946577836,130.8927875850/33.4940521390,130.8936725420
5030172230233/33.4946577836,130.8936725420/33.4940521390,130.8945574980
5030172230322/33.4946577836,130.8945574980/33.4940521390,130.8956636930
5030172230323/33.4946577836,130.8956636930/33.4940521390,130.8965486490
5030172230332/33.4946577836,130.8965486490/33.4940521390,130.8976548440
5030172230333/33.4946577836,130.8976548440/33.4940521390,130.8985398010
5030172231222/33.4946577836,130.8985398010/33.4940521390,130.8994247570
5030172231223/33.4946577836,130.8994247570/33.4940521390,130.9005309520
5030172231232/33.4946577836,130.9005309520/33.4940521390,130.9014159080
5030172231233/33.4946577836,130.9014159080/33.4940521390,130.9025221030
5030172231322/33.4946577836,130.9025221030/33.4940521390,130.9034070600
5030172231323/33.4946577836,130.9034070600/33.4940521390,130.9045132550
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5030173202230/33.4889041595,130.9394690240/33.4881471037,130.9405752190
5030173202231/33.4889041595,130.9405752190/33.4881471037,130.9414601750
5030173202320/33.4889041595,130.9414601750/33.4881471037,130.9425663710
5030173202321/33.4889041595,130.9425663710/33.4881471037,130.9434513270
5030173202330/33.4889041595,130.9434513270/33.4881471037,130.9443362830
5030173202331/33.4889041595,130.9443362830/33.4881471037,130.9450000000
5030172212202/33.4881471037,130.8907964340/33.4875414590,130.8916813900
5030172212203/33.4881471037,130.8916813900/33.4875414590,130.8927875850
5030172212212/33.4881471037,130.8927875850/33.4875414590,130.8936725420
5030172212213/33.4881471037,130.8936725420/33.4875414590,130.8945574980
5030172212302/33.4881471037,130.8945574980/33.4875414590,130.8956636930
5030172212303/33.4881471037,130.8956636930/33.4875414590,130.8965486490
5030172212312/33.4881471037,130.8965486490/33.4875414590,130.8976548440
5030172212313/33.4881471037,130.8976548440/33.4875414590,130.8985398010
5030172213202/33.4881471037,130.8985398010/33.4875414590,130.8994247570
5030172213203/33.4881471037,130.8994247570/33.4875414590,130.9005309520
5030172213212/33.4881471037,130.9005309520/33.4875414590,130.9014159080
5030172213213/33.4881471037,130.9014159080/33.4875414590,130.9025221030
5030172213302/33.4881471037,130.9025221030/33.4875414590,130.9034070600
5030172213303/33.4881471037,130.9034070600/33.4875414590,130.9045132550
5030172213312/33.4881471037,130.9045132550/33.4875414590,130.9053982110
5030172213313/33.4881471037,130.9053982110/33.4875414590,130.9062831670
5030172302202/33.4881471037,130.9062831670/33.4875414590,130.9073893620
5030172302203/33.4881471037,130.9073893620/33.4875414590,130.9082743190
5030172302212/33.4881471037,130.9082743190/33.4875414590,130.9093805140
5030172302213/33.4881471037,130.9093805140/33.4875414590,130.9102654700
5030172302302/33.4881471037,130.9102654700/33.4875414590,130.9111504260
5030172302303/33.4881471037,130.9111504260/33.4875414590,130.9122566210
5030172302312/33.4881471037,130.9122566210/33.4875414590,130.9131415780
5030172302313/33.4881471037,130.9131415780/33.4875414590,130.9142477730
5030172303202/33.4881471037,130.9142477730/33.4875414590,130.9151327290
5030172303203/33.4881471037,130.9151327290/33.4875414590,130.9160176850
5030172303212/33.4881471037,130.9160176850/33.4875414590,130.9171238800
5030172303213/33.4881471037,130.9171238800/33.4875414590,130.9180088370
5030172303302/33.4881471037,130.9180088370/33.4875414590,130.9191150320
5030172303303/33.4881471037,130.9191150320/33.4875414590,130.9199999880
5030172303312/33.4881471037,130.9199999880/33.4875414590,130.9211061830
5030172303313/33.4881471037,130.9211061830/33.4875414590,130.9219911390
5030172312202/33.4881471037,130.9219911390/33.4875414590,130.9228760960
5030172312203/33.4881471037,130.9228760960/33.4875414590,130.9239822910
5030172312212/33.4881471037,130.9239822910/33.4875414590,130.9248672470
5030172312213/33.4881471037,130.9248672470/33.4875414590,130.9259734420
5030172312302/33.4881471037,130.9259734420/33.4875414590,130.9268583980
5030172312303/33.4881471037,130.9268583980/33.4875414590,130.9277433540
5030172312312/33.4881471037,130.9277433540/33.4875414590,130.9288495500
5030172312313/33.4881471037,130.9288495500/33.4875414590,130.9297345060
5030172313202/33.4881471037,130.9297345060/33.4875414590,130.9308407010
5030172313203/33.4881471037,130.9308407010/33.4875414590,130.9317256570
5030172313212/33.4881471037,130.9317256570/33.4875414590,130.9328318530
5030172313213/33.4881471037,130.9328318530/33.4875414590,130.9337168090
5030172313302/33.4881471037,130.9337168090/33.4875414590,130.9346017650
5030172313303/33.4881471037,130.9346017650/33.4875414590,130.9357079600
5030172313312/33.4881471037,130.9357079600/33.4875414590,130.9365929160
5030172313313/33.4881471037,130.9365929160/33.4875414590,130.9376991120
5030173202202/33.4881471037,130.9376991120/33.4875414590,130.9385840680
5030173202203/33.4881471037,130.9385840680/33.4875414590,130.9394690240
5030173202212/33.4881471037,130.9394690240/33.4875414590,130.9405752190
5030173202213/33.4881471037,130.9405752190/33.4875414590,130.9414601750
5030173202302/33.4881471037,130.9414601750/33.4875414590,130.9425663710
5030173202303/33.4881471037,130.9425663710/33.4875414590,130.9434513270
5030173202312/33.4881471037,130.9434513270/33.4875414590,130.9443362830
5030173202313/33.4881471037,130.9443362830/33.4875414590,130.9450000000
5030172212200/33.4875414590,130.8907964340/33.4869358144,130.8916813900
5030172212201/33.4875414590,130.8916813900/33.4869358144,130.8927875850
5030172212210/33.4875414590,130.8927875850/33.4869358144,130.8936725420
5030172212211/33.4875414590,130.8936725420/33.4869358144,130.8945574980
5030172212300/33.4875414590,130.8945574980/33.4869358144,130.8956636930
5030172212301/33.4875414590,130.8956636930/33.4869358144,130.8965486490
5030172212310/33.4875414590,130.8965486490/33.4869358144,130.8976548440
5030172212311/33.4875414590,130.8976548440/33.4869358144,130.8985398010
5030172213200/33.4875414590,130.8985398010/33.4869358144,130.8994247570
5030172213201/33.4875414590,130.8994247570/33.4869358144,130.9005309520
5030172213210/33.4875414590,130.9005309520/33.4869358144,130.9014159080
5030172213211/33.4875414590,130.9014159080/33.4869358144,130.9025221030
5030172213300/33.4875414590,130.9025221030/33.4869358144,130.9034070600
5030172213301/33.4875414590,130.9034070600/33.4869358144,130.9045132550
5030172213310/33.4875414590,130.9045132550/33.4869358144,130.9053982110
5030172213311/33.4875414590,130.9053982110/33.4869358144,130.9062831670
5030172302200/33.4875414590,130.9062831670/33.4869358144,130.9073893620
5030172302201/33.4875414590,130.9073893620/33.4869358144,130.9082743190
5030172302210/33.4875414590,130.9082743190/33.4869358144,130.9093805140
5030172302211/33.4875414590,130.9093805140/33.4869358144,130.9102654700
5030172302300/33.4875414590,130.9102654700/33.4869358144,130.9111504260
5030172302301/33.4875414590,130.9111504260/33.4869358144,130.9122566210
5030172302310/33.4875414590,130.9122566210/33.4869358144,130.9131415780
5030172302311/33.4875414590,130.9131415780/33.4869358144,130.9142477730
5030172303200/33.4875414590,130.9142477730/33.4869358144,130.9151327290
5030172303201/33.4875414590,130.9151327290/33.4869358144,130.9160176850
5030172303210/33.4875414590,130.9160176850/33.4869358144,130.9171238800
5030172303211/33.4875414590,130.9171238800/33.4869358144,130.9180088370
5030172303300/33.4875414590,130.9180088370/33.4869358144,130.9191150320
5030172303301/33.4875414590,130.9191150320/33.4869358144,130.9199999880
5030172303310/33.4875414590,130.9199999880/33.4869358144,130.9211061830
5030172303311/33.4875414590,130.9211061830/33.4869358144,130.9219911390
5030172312200/33

DB
5030172133

外部オープンデータ（地図データ）

メッシュ形状に分割・コスト変換したマップ

実空間情報（地図）をメッシュ形状で管理しメッシュごとに収集情報（ユーザ情報）を対応付け、
グループ検索をメッシュコストベースで⾏う
収集ユーザ情報（位置、属人情報）

5030172133

503017213302

5030172133020

50301721330

エリアメッシュコード
D Conf dent a10

r-Spaceシステム概要
地理情報
システム

（1）外部システムから情報取得
r-Spaceサーバ
アプリケーション対象となるTAとUAの指定

r-Spaceクライアント
アプリケーション（3）グループ化要求

対象位置
特定
グループ化
道路交通
システム

DB

UA
TA
DB

アドレス付与（4）ユーザ抽出

グループ化
要求（送信）（6）情報配信（5）グループ内
情報配信網生成

情報配信
ユーザ情報
管理

（2）ユーザ端末から
UA（低頻度） 情報収集（定期的）TA（高頻度）r-Spaceサーバ

r-Space
プラットフォーム

GPS

情報受信
情報
再配信
TA・UA情報
収集
ユーザ情報
通知
ユーザ端末

広域無線網

TA（端末属性情報） → 位置情報・ネットワーク情報など
iD Confidential
UA（属人属性情報） → 職業・嗜好・活動傾向など

Wi-Fi

11

基礎実験（１）•••••

福岡県添田町の町役場周辺（2.5km x 2km）にユーザ30人をランダム配置
地理情報（取得先 ＝ OpenSteetMap API）
ユーザの位置情報（緯度経度座標 ＝ ランダム配置）
ユーザの移動手段（徒歩：⾃転⾞：⾃動⾞＝7:2:1の⽐率でランダム割当）
ユーザ1人が支援要請グループ生成、駆け付け所要時間を条件（300, 600, 1200秒以内）
位置情報に基づく直線距離だけでグループ生成直線距離型

要求発信者から直線距離で600秒の範囲

個々の属性情報を詳細に把握・考慮したグループ生成

実空間メッシュ管理型

実空間詳細管理型

要求元ユーザ

管理の簡単化のためにメッシュ単位で位置情報を集約する形態でグループ生成

グループ外

グループメンバ（属性＝徒歩）
グループメンバ（属性＝自転車）
グループメンバ（属性＝車）iD Confidential

ユーザの位置情報をメッシュ（312.5m四⽅）で集約管理（≒位置情報をメッシュで丸め）メッシュの中央座標12基礎実験（２）実空間
メッシュ管理型
実空間
詳細管理型

22.0
20
16.4 16.1
15
9.5 9.4

10

8.0
6.2 5.8

5

3.2

0
300

600

1200

250.0
222.8
200.0

150.0
98.9
100.0
66.8 65.5

66.8 65.5

65.5 66.8 65.5

50.0

0.0
300

600

条件満足ユーザ数（人）25

平均駆け付け時間（秒）

直線距離型

最小駆け付け時間（秒） グループユーザ数（人）直線距離型： ▲誤抽出が多く含まれ、条件満足ユーザ数が少ない
詳細管理型： ○条件満足ユーザ数が最大で5倍（対：直線距離型）
メッシュ管理型： ○位置情報の集約管理でも詳細管理型とほぼ同等の性能を達成

1200

25

20
15

15.7 16.1

15

8.7

10

9.4

5.7 5.8
4.8
5
1.1
0
300

600

900

1200

845

800
700
600

524 522
485

500
382
400
259 265300
200

143 147

100
0
300

600

1200

横軸：グループ化条件（駆け付け所要時間上限（秒））iD Confidential

13サブテーマ２）
実空間情報連動型通信方式の研究開発（ａ）実空間情報収集方式

iD Confidential

14ユーザからの情報収集
 本研究では，実空間情報連動型システムのような，グループコミュニケーション実現のための基盤となる「ユーザからの情報収集」部分に着目
 全ユーザの，同じ条件下（同時刻）の情報が，定期的に必要

 アプリケーションを利用するユーザの情報を収集
 広域無線通信網を利用

本研究では，WiMAXを想定する
管理サーバ

自分の
・位置情報
・属性
MAP
MAP

MAP

WiMAX
基地局

MAP
MAP

MAP
15

情報収集時の課題◎ユーザ情報をできるだけ短い間隔で収集，更新したい！
 しかし, ユーザ数増加時

送信遅延 メッセージロスが増加してしまう

Delay ! Loss !

リアルタイム性を損なうため，致命的

提案１（静止ノード対象）

管理サーバへの通知メッセージ数の削減（＝送信遅延やメッセージロスの削減）を目指す情報収集手法を提案[*][*] 藤ひとみ，塚本和也，尾家祐⼆，⽯⻄洋，中村勝⼀，``実空間グループコミュニケーション実現のための効率的な情報収集手法の提案，'' 電子情報通信学会技術研究報告，vol. 114，no. 477，pp.227-232，2015年3月．

16提案１）情報収集手法
1.

広域無線網の空間エリアを【サブエリア】で仮想的に分割← サブエリア2.
3.

サブエリア内で，無線LANを用いて1秒毎に情報共有する
5秒間で収集した情報を基に，⾃律的に【代表ノード】を決定＋ 代表ノードは他ノードの情報を集約し，管理サーバへ集約通知

1秒毎
WLANで
情報共有

5秒経過
広域無線網で集約通知[3] 藤ひとみ，塚本和也，尾家祐⼆，⽯⻄洋，中村勝⼀，``実空間グループコミュニケーション実現のための効率的な情報収集手法の提案，'' 電子情報通信学会技術研究報告，vol. 114，no. 477，pp.227-232，2015年3月．

17提案１）シミュレーション評価
 シミュレーション環境 WiMAXのエリアは基地局から半径約1.2km以内
 ノード配置は，現実的な環境を想定


基地局周辺：ノード密度 高 （約15人 / サブエリア）
基地局から離れた所：密度 低 （約4人 / サブエリア）

個別通知手法
（従来）

提案手法

80%
削減

表：シミュレーションパラメータ
サブエリア数

80

全ノード数

400

ノード配置

ランダム

無線LANによるブロードキャスト

1秒毎

提案手法

個別通知手法
（従来）

s
75%
削減！

s
平均送信遅延時間ロスしたメッセージ数
18

ノードの移動性への対応
 r-Spaceシステムの前提

収集（5秒間隔）と配信のタイミングのズレ

収集時の収集単位（代表ノードとの関係）を利⽤した情報配信※5秒間の移動距離

歩⾏者（4km/hの場合） ：約6m
⾃転⾞（12km/hの場合）：約17m
⾞（60km/hの場合）：約84m

 移動により，配信時に代表ノード配下から離脱→ 情報配信失敗

収集

配信
配信
できない！

提案２

（移動ノード対象）

移動

配信を考慮した収集＋送信メッセージ数削減
19

提案２）
移動を考慮した収集＋配信性能の向上◎ 配信を考慮した収集＋送信メッセージ数を削減！
 収集時【2階層型情報収集手法】
STEP１：移動グループ単位で集約①

同一サブエリア内で，移動傾向が類似するノード群で移動グループを形成＋移動グループリーダノードがグループ内の他ノードの情報を集約④

STEP２：サブエリア単位でさらに集約②③

サブエリアリーダノードが複数の移動グループ情報を集約
サブエリアリーダノードが管理サーバへ集約通知

サブエリア
リーダノード①③

移動グループリーダノード配信時【移動グループベース情報配信手法】②②④ 移動グループ単位（移動グループリーダノード経由）で配信①* 藤ひとみ，塚本和也，尾家祐二，永田晃，中村勝一，``移動ノードによる実空間グループコミュニケーション実現のための2階層型情報収集手法，‘’ 電子情報通信学会ネットワークシステム研究会，2016年3月

20提案２）シミュレーション評価
収集時の効果 管理サーバへの通知メッセージ数

2階層型情報収集
92%削減！

 （左）移動グループベース情報収集手法
移動グループメンバを厳選しているため，形成グループ数が多くなる．
また，無所属ノードも多くなるため，メッセージ数が増大する．
 （右）2階層型情報収集手法
サブエリア単位で集約するため，メッセージ数がエリア内のサブエリア数とほぼ一致する．

21提案２）シミュレーション評価
配信へのプラス効果
 メンバ維持率（シミュレーション試⾏10回の分散）（左）サブエリアベース配信手法（右）移動グループベース配信手法

最小値：60%まで減少

最小値：75% 以上を維持

 （左）サブエリアベース情報配信手法
移動傾向を考慮しないため，メンバ内に様々な移動傾向のノードが 存在→ 維持率の分散が⼤きい （右）移動グループベース情報配信手法
ノードの移動傾向を考慮して移動グループを形成するため→ 安定した維持率22

サブテーマ２）
実空間情報連動型通信方式の研究開発（ｂ）適切なグループへの情報配信方式

iD Confidential

23送信手法の要件• グループ内の複数のユーザに同時に配信• 無線LANを用いた従来の送信方法– ユニキャスト送信– マルチキャスト送信
助けて!

広域無線網
(WiMAX、LTE等)

メッセージ
配信
近距離端末間通信(アドホック無線LAN)

実空間
24

メッセージの送信方法•

ユニキャスト送信–––•

１回の送信で1つの端末にパケットを送信
再送処理により配信率が高い
複数の端末に送信する場合、送信パケット数、配信遅延が増大

宛先の端末を指定

マルチキャスト送信–––

１回の送信で複数の端末にパケットを送信
送信パケット数、配信遅延の面では効率的
再送の仕組みがないため、送信の成功率が低い

マルチキャスト
IPアドレスを指定

マルチキャスト
IPアドレス225.1.1.1

宛先：A
宛先：B

宛先IPアドレス225.1.1.1

端末A

パケット

送信端末

宛先：C

端末A
マルチキャスト
IPアドレス225.1.1.1

パケット

端末B

送信端末

端末B
マルチキャスト
IPアドレス225.1.1.1

端末C

25
端末C

提案手法概要• 配信率、遅延を考慮した配信方式の検討
1. ユニキャスト送信とマルチキャスト送信の切り替え•

隣接ノードの数により送信方法を決定

2. マルチキャスト送信時に、FECによる信頼性向上••

演算には XOR を利用
隣接端末の数と通信性能により、最適な冗長度を決定

26

送信方法切り替え手法 1/2• 隣接端末の数により、通信方法を切り替える– 1台の場合：ユニキャスト送信– 複数台の場合：マルチキャスト送信
提案手法

従来の送信方法

A

A

B

送信端末

C

×

パケットロス

転送できる保証がなく、経路の先の端末への配信率に影響

B

送信端末

C

ユニキャスト送信

遅延を増大させずに全体の配信率を向上
27

送信方法切り替え手法 2/2• 層ごとの動作例

DA

ネットワーク層の動作

B

A

B

C

D

送信端末

マルチキャスト送信

マルチキャストIP
アドレスを指定してデータを送信

マルチキャスト転送

提案手法
MAC層の動作A
マルチキャストMAC
アドレスを指定してデータを転送ネットワーク層では従来と同様に動作するが、MAC層では隣接端末数によってアドレスを切り替えて動作する
B

C

D

マルチキャスト送信

ユニキャストMAC
アドレスを指定してデータを送信ユニキャスト転送

ACKを送信
ACK送信

28

C

FECによる配信率の向上 1/3• マルチキャスト伝送にFEC(Forward Error Correction)を利用– 冗長パケット演算にはXOR演算を用いる• 演算処理が単純で、端末への負荷や遅延が少ない
3つのパケットを送信する場合
C

送信パケット

A⊕B⊕C

A⊕B⊕C

B

C B A

C B A

受信パケットA⊕B⊕C

冗長パケットDC B A

A ⊕ B ⊕ (A⊕B⊕C)=C
演算処理
A ⊕ C ⊕ (A⊕B⊕C)=B

受信側でロスパケットの誤り訂正が可能
29

FECによる配信率の向上 2/3• 冗長度によって、性能が変化– 送信パケット r 個に対して、1つの冗長パケットを付与

冗長度[大]→配信率[高]→遅延[大]

冗長度
1/r

冗長パケット

1/2

A B

1/3

A B C

1/4

A B C D A⊕B⊕C⊕D

・・・

・・・

A⊕B C D C⊕D E F
A⊕B⊕C

D E F

E⊕F ・・・

D⊕E⊕F

E F ・・・

本研究における冗長度とパケット構成

30

・・・

FECによる配信率の向上 3/3• 冗長度 1/r の決定方法– 隣接端末との通信性能(Frame Error Rate, FER)を
電波強度より推定– 目標配信率 p を設定– 以下の式を満たす r の最大値を決定(全端末に配信が成功する確率)遅延を低減しつつ、高い配信率を実現
31

シミュレーション評価• 提案手法の有効性を評価– 隣接ノードの FER が 1～5 % の場合を評価– [評価指標] 配信成功率(全ノードが全パケットを受信した確率)、
送信パケット数、配信遅延
シミュレータ

QualNet 5.2

無線インターフェース

IEEE 802.11a

接続レート

6 Mb/sトランスポートプロトコル

UDP

CBR パケットサイズ

1472

送信パケット数

5

シミュレーション時間

30 s

シミュレーション諸元

3

送信元

1

4

2

FER:
1~5%
5
シミュレーショントポロジ
32

シミュレーション結果
送信パケット数

配信成功率

80

r=5

Delivery Rate[%]

r=5

r=4

r=3

r=2

80

約4倍
向上

60
40
proposed (p=0.98)
multicastunicast200
12

Number of packet sent

100
70

4

r=4

60

r=5

r=5

50
proposed (p=0.98)
multicastunicast

40
30

3

r=2
r=3

1

2

3

4

5

Frame Erorr Rate[%]5

Frame Erorr Rate[%]配信遅延• 提案手法はマルチキャストと比べると配信成功率が大幅に向上• 提案手法はユニキャストと比べると送信パケット数と配信遅延を低減

Delivery Delay[s]

0.1

r=2
r=5

0.01
1

r=5

r=4

r=3

3

4

proposed (p=0.98)
multicastunicast2

Frame Erorr Rate[%]

33

5

実機実験
（2016年3月、九州工業大学周辺）

iD Confidential

34

実機実験の内容
九州工業大学
戸畑キャンパス 九州工業大学 ⼾畑キャンパス周辺

徒歩
自転車（福岡県北九州市）

 サーバ＋ユーザ端末6台
要請元

 考慮属性：

ユーザ

ユーザの位置情報（緯度経度座標）

ユーザの移動手段（徒歩 or ⾃転⾞）

地理情報（OpenStreetMap API）

徒歩

グループ生成r-Spaceサーバ

 シナリオ：

情報配信
情報配信要求

1人が駆けつけ支援(300秒以内)を要請



受信者は配信情報に従い駆け付け 実空間考慮の有無で比較：


徒歩

徒歩

受信!!
受信!!

到着人数
所要時間最小所要時間平均グループ⽣成効率（適切なメンバ数、要求〜検索〜配信〜駆け付けの所要時間を測定

要求〜駆け付けの所要時間）（※基礎評価のためメッシュ管理は⽤いず）
iD Confidential

受信!!
35

実験の様子ユーザ5

ユーザ3

この内容を⾒て、発信者の元へ駆け付け

徒歩

自転車
受信者
の位置

ユーザ0
要請元

条件（駆け付け300秒以内）
を指定して情報配信要求◎300秒以内に駆付け可

配信内容「すぐ来て」
要求発信者の位置

ユーザ1
徒歩▲線路や川の迂回で300秒以上必要

ユーザ4
徒歩

ユーザ2

ユーザ0（要求発信）から
直線距離で300秒の範囲

徒歩
iD Confidential

36

実験結果
 実空間考慮なし（位置情報＋直線距離）でグループ⽣成＆配信

グループユーザ数（駆けつけ人数）：3



条件満足ユーザ数：2 （誤配信率：33.3％）

駆けつけ所要時間最小：186秒



駆けつけ所要時間平均：307.7秒

要請元
徒歩
徒歩

徒歩

 実空間情報考慮（位置情報＋地理情報＋移動属性）でグループ⽣
成＆配信


グループユーザ数（駆けつけ人数）：3



条件満足ユーザ数：3 （誤配信率：0％）

駆けつけ所要時間最小：168秒



駆けつけ所要時間平均：179.3秒

自転車

要請元
徒歩
徒歩

実空間情報を考慮したユーザグループ生成が機能していること、
および、r-Spaceプロトタイプシステムの基本動作を確認
iD Confidential

37

まとめ
 実空間グループコミュニケーション実現のため、以下を⾏った。
 実空間情報連動型ネットワークシステム(r-Space)の提案
 情報収集手法の提案と評価
 ユーザグループ生成手法の提案と評価
 情報配信手法の提案と評価

 rSpaceプロトタイプを試作し、管理サーバ＋アプリケーション（端末6台）で、情報配信実験を⾏った。
 情報収集〜グループ⽣成〜配信までのシステム全体の基本動作の検証、期待通りの実空間コミュニケーショ
ンが得られることを確認した。
iD Confidential38

ご清聴ありがとうございました※この研究の一部は、総務省戦略的情報通信研究開発推進制度(SCOPE)の委託により実施しています。