第１回（平成２５年度第１回）CRCフォーラム（平成２５年７月４日（木）開催）「ITシステムの利用者に安全安心をもたらすための研究開発」

安全安心のための通信基礎
無線マルチホップネットワーク
桧垣 博章 教授
未来科学部ロボット・メカトロニクス学科

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2013年度 第1回 CRCフォーラム
安全安心のための通信基盤
無線マルチホップネットワーク
桧垣 博章

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I. 東日本大震災にみる
安全安心へのニーズ: 「つながる」

「いつでも」「どこでも」「だれとでも」“NTT 「いつでも、どこでも、だれとでも」,“ http://www.ntt.co.jp/csrback/2006report/social/02.html.

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「いつでも」「どこでも」「だれとでも」 セルラネットワークの普及“The Virtual Science Fair, 「Cellular Phones」,“ http://www.odec.ca/projects/2007/hopp7m2/Cellular_Phones.html.

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大規模災害時における通信インフラの脆弱性4/31
 インターネット > (携帯)電話網

携帯電話網
インターネット網

安否情報システム“フレキシブル無線分散ネットワーク,“ http://www.katayama.nuee.nagoya-u.ac.jp/works/FWDN/.
“CSP安否確認サービス,” http://www.atpress.ne.jp/view/27723.

大規模災害時における通信インフラの脆弱性5/31
 安否情報交換サービス“安否情報システムの運用,“ http://www.fdma.go.jp/html/hakusho/h23/h23/html/2-3-5_3.html.

大規模災害時における通信インフラの脆弱性6/31
 安否情報交換サービス
安否情報システムの運用実績

主な安否情報システム

村上圭子,"東日本大震災・安否情報システムの展開とその課題", 放送研究と調査, 2011年6月号, pp.18--33, 2011

大規模災害時における通信インフラの脆弱性7/31
 東日本大震災における基地局の倒壊“ITpro,” http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20110330/358932/.
“WirelessEstimator,” http://www.wirelessestimator.com/t_content.cfm?pagename=Cell_Tower_News_12.09.
“5NBCDFW.com,” http://www.nbcdfw.com/news/breaking/High-Winds-Storms-Move-into-North-Texas-163238856.html.

大規模災害時における通信インフラの脆弱性8/31
 衛星を用いたインターネット接続“株式会社三技協ホームページ ,“ http://www.sangikyo.com/jp/article_service/wireless/satellite_system.html.

安否情報

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 被災地域内から被災地域外へ→救援方針のための情報収集– 災害用伝言サービス [ NTT ]• 安否情報を被災地域外のサーバに集約• 190万回線の通信回線と2万9千局の基地局が被災
最大被災回線数

通信網・基地局の損壊
被災地域外のサーバに安否情報を集約
により集約不可

最大停止基地局数

安否を確認

固定通信の被災状況移動通信の被災状況“平成23年度 情報通信白書,” (2011).

安否情報
 被災地域内での安否情報交換→初動期における被災者の安心“宮城県避難者名簿 石巻市・石巻専修大の掲示板,” http://www.47news.jp/47topics/e/201368.php .
“避難所で食料不足 被災者は1日250mlの水と1～2個のおにぎり,” http://japanese.china.org.cn/photos/2011-03/14/content_22133147.htm.

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災害に強い道路交通 信号の破損による交通マヒ, 事故“相馬の被害状況(2011.3.31),” http://blogs.yahoo.co.jp/pocoyuko2006/53418207.html.
“暖風-harukaze-,” http://blog.goo.ne.jp/drees-bowwow/e/856f2b5305bc979fd20f2d4f84b84696.

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災害に強い道路交通 大規模停電による交通マヒ, 事故“JAPAN-EARTHQUAKE Vol.39 宮城で震度6強 400万世帯一時停電,” http://photo.sankei.jp.msn.com/kodawari/data/Earthquake/201104/408teiden/.
“東京パニック,” http://www.suketto-service.com/nikki/nikki78.html.

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災害に強い道路交通 ITS (高度道路交通システム)– 追突回避/出会い頭事故回避/情報提供/料金収集 など“NGN時代のモビリティとセキュリティ(4)：ITSにおけるNGNの価値,” http://wbb.forum.impressrd.jp/feature/20080901/668.
“安心技術,” http://www.mazda.co.jp/philosophy/tech/safety/precrash_safety/sbs.html.

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II. 無線マルチホップネットワーク研究無線マルチホップネットワーク
 中継ノードの転送によるエンドエンド接続

無線アドホックネットワーク
無線センサネットワーク

無線メッシュネットワーク“Thinktube,” http://thinktube.com/wiki/index.php?Thinktube-Wiki/.
“COMSYS,” http://www.comsys.rwth-aachen.de/teaching/ss-12/wireless-sensor-networks-lab/.
“Security and Privacy in Mobile Ad Hoc Networks,” http://www.personal.psu.edu/sxr360/blogs/sucharita_ray/.

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問題点

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 ノード移動を前提としたときの接続性保証/保障

保証: つなぐ → マルチホップ通信路の構築と維持

保障: つながっているかのようにする → DTN“ITmedia Mobile,” http://www.kddi.com/corporate/news_release/2005/0610/besshi1.html.
“INTERNET Watch,” http://internet.watch.impress.co.jp/docs/news/20130222_589038.html.
“CoNe Computer Networks and Telematics,” http://archive.cone.informatik.uni-freiburg.de/people/ruehrup/research-e.html.

問題点

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 無線通信の晒し端末/隠れ端末問題

 無線マルチホップネットワーク上の隠れ端末問題

衝突“IT Pro,” http://itpro.nikkeibp.co.jp/members/NBY/techsquare/20050118/154883/.

問題点

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全域情報の欠如

クライアントサーバ vs P2P (対等分散)
point of failure / ボトルネックの回避“情報通信ベンチャー企業センター,” http://www.venture.nict.go.jp/contents/node_2695/node_2706/node_3642.
“GOGRID,” http://blog.gogrid.com/2009/05/07/peer-to-peer-is-not-cloud-computing-but%E2%80%A6/.
“大阪大学,” http://www.anarg.jp/achievements/web2012/research_2net.html.

桧垣研究室のアプローチ
・ルーティング・間欠的通信(DTN)

片方向無線リンクを含むアドホックルーティング LBSR
経路の脆弱性に対処するマルチルートルーティング MR-AODV
経路内衝突回避プロトコルRH2SWL
経路間衝突回避プロトコル
位置情報を用いたルーティングプロトコルFast-FACE
高信頼化FACEプロトコル
位置情報通知を行なわないFACEプロトコル拡張NB-FACE
高移動耐性配送プロトコル
再送信代行による低遅延マルチホップ配送プロトコルMMDTP
複数チャネルマルチホップ通信
TDMAに基づくマルチホップ通信
片方向通信路対による高性能マルチホップ通信

隣接ノード群間での情報交換プロトコルWSCP
道路地図に基づく車輛ネットワークにおけるDTN通信
移動計画に基づくDTN通信

・資源配分
FECとBECの組合せによる高信頼高性能通信
無線アドホックネットワークにおける流量保証通信
バッファオーバフローを回避するセンサデータ配送
優先度を与えられたセンサデータ配送手法
省電力センサデータ配送手法

・位置情報管理低オーバヘッド位置広告手法ABLA
隣接関係を保存するノード位置推定手法
通信QoSと観測QoSに基づくセンサネットワークの動的構成

国際会議論文 86件 (2002～2012)24/31

アプリケーション

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 安否情報交換システム– 避難所では携帯端末群が安否情報を保持– 車載端末間で構成されるDTNによって安否情報を配送
安否情報の交換・共有

安否情報の保持安否情報の交換・共有

初動期の被災地域内における安否情報の交換を実現
川田, 桧垣, "被災地域内安否情報交換のためのDTN," 情報処理学会第75回全国大会論文集, No.3, pp.273-274 (2013).

アプリケーション

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 仮想交通信号機システム– 路肩設置装置(物理信号機)の排除
関東

東北

地震により破損した信号機

計画停電で消えた信号表示

真夜中に使用しない信号機

赤信号で無意味に待つ運転手“JAPAN-EARTHQUAKE Vol.39 宮城で震度6強 400万世帯一時停電,” http://photo.sankei.jp.msn.com/kodawari/data/Earthquake/201104/408teiden/.
“相馬の被害状況(2011.3.31),” http://blogs.yahoo.co.jp/pocoyuko2006/53418207.html.
“東京パニック,” http://www.suketto-service.com/nikki/nikki78.html.

アプリケーション

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 仮想交通信号機システム– 通信とソフトウェアによる交通制御• ヒト機能(アイコンタクト)の拡張

カーナビゲーション

信号表示

車内信号機
“カーナビゲーションシステム,” http://www.mazda.co.jp/philosophy/tech/safety/precrash_safety/sbs.html.
阿部, 桧垣, "車車間通信による仮想信号機を用いた衝突回避," 電子情報通信学会アドホックネットワーク研究会, 信学技報, Vol.112, No.405, pp.13-18 (2013).

アプリケーション

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 快適な歩行支援– 信号周期の推定とDTNによる広告
信号情報

停止時間を計測
止まらずに横断信号周期を推定
歩行速度を指示阿部, 丹野, 佐川, 桧垣, "DTN通信を用いた歩行支援ツール," 情報処理学会第75回全国大会論文集, No.3, pp.275-276 (2013).
“123RF,” http://jp.123rf.com/photo_13524546_illustration-of-boy-walking-with-music-player.html.

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2013年度 第1回 CRCフォーラム
安全安心のための通信基盤
無線マルチホップネットワーク

東京電機大学 コンピュータネットワーク研究室
阿部恵介 岩井正敏 鶴巻利樹 中川雄太 中川岳士 塙祐樹 松浦央 今井雄介
金持徹也 熊谷翔 齊藤元貴 相良悠貴 関秀隆 二宮健彰 沼田直弥 山田祟祠