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無線センサネットワークの受信者主導型MACプロトコルにおける遅延を低減するビーコンスケジューリング手法 (ネットワークシステム)

桝井優香里, 藤本章宏, 吉廣卓哉, 内尾文隆

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 ( 電子情報通信学会 ) 115 ( 483 ) 303 - 308 2016年03月

ネンホァンマラーティッパワン, 吉廣卓哉

情報処理学会論文誌 57 ( 2 ) 438 - 448 2016年02月

無線メッシュ網は，固定基地局を無線通信により接続したネットワークである．無線メッシュ網のMACプロトコルとして，IEEE802.11等のCSMAに基づいた規格が用いられることが多いが，隠れ端末の影響により，十分な通信性能が達成できないという問題がある．一方，単一の周波数チャネルを時分割することで送信フレームの衝突を防ぐTDMAに基づいた無線メッシュ網も議論されているが，ノード間の正確なタイミング同期が必要であり，実用化は容易ではない．そこで本論文では，単一周波数チャネルを時分割することで仮想的に多チャネル化し，各仮想チャネル内でIEEE802.11を動作させる新たなハイブリッドMACプロトコルを提案する．提案手法を適切なスケジューリング法と併用することにより，隠れ端末問題を生じない効率的な無線メッシュ網を実現できる．提案手法は相応の誤差を含んだタイミング同期でも動作するため現実的であり，また，IEEE802.11を時分割して用いるため，既存のIEEE802.11との親和性が高く，2.4GHz帯や5GHz帯を用いた無線メッシュ網を実現できる．WMNs (Wireless Mesh Networks) have been deeply studied as a wireless network infrastructure. Although many studies adopt CSMA-based MAC protocols such as IEEE802.11, they have not achieved sufficient communication performance for practical use because of the hidden terminal problem. TDMA, which divide a single frequency channel into small slots, also has been studied as a tool toward collision-less high-speed WMNs, but they have a practical difficulty; they require accurate time synchronization. In this paper, we propose a new MAC protocol in which we divide a single frequency channel of IEEE802.11 into several virtual channels via coarse time division. With a suitable scheduling algorithm that is designed for our protocol, our MAC protocol works without collisions due to the hidden terminal problem. Our method is practical because it works under loose synchronization that involves considerable time drifts, and because it can coexist with the popular IEEE802.11 devices on the 2.4GHz or 5GHz band.

受信ノード主導型MACプロトコルに基づいた管理コストが低い無線センサネットワーク

小島祥平, 吉廣卓哉

情報処理学会論文誌 57 ( 2 ) 480 - 493 2016年02月

無線センサネットワークが社会を支えるネットワークとして動作するためには，敷設されたセンサネットワークを10年以上の長期にわたって維持・運用することが望ましい．このため，省電力な無線センサネットワークを実現するMACプロトコルや経路制御方式の研究が数多く見られる．しかし，標準的な乾電池やボタン電池で動作する限りでは，10年以上の長い動作寿命を実現することは到底不可能である．したがって，現実的には，定期的にバッテリを交換する等の管理コストが必要になるが，バッテリ交換にともなう管理コストを現実的な水準まで低減させることが求められる．本論文では，受信ノード主導型の低消費電力なMACプロトコルであるRC-MACを拡張することで，10年以上の長期運用を比較的低い管理コストで実現するセンサネットワーク実現技術を提案する．提案手法では，データ配送木の葉ノードは受信処理が不要であることを利用して，葉ノードの寿命を10年以上に延ばすRC-MACの拡張を提案する．また，このMACプロトコルと組み合わせることで効率良く配送木を構築する経路制御プロトコルも提案し，バッテリ交換を要する中継ノード数が少ない配送木を自律的に構築する．提案手法により，バッテリ交換コストを低減させた長期運用に耐える現実的な無線センサネットワークを実現する．To make wireless sensor networks (WSNs) work effectively as a social infrastructure in our life, it is desirable that WSNs built once work more than 10-years long with practical maintenance cost. However, current WSN technology cannot achieve it as long as each sensor node is driven by a general AA or a lithium button battery. Thus, we need to replace batteries periodically, where it is expected to reduce the replacing cost to a practical level. In this paper, we improve a receiver initiated MAC protocol called RC-MAC to make possible to maintain a sensor network for 10-years long with practical cost. In the proposed method, based on the discovery that leaf nodes in the delivery tree require to receive no data frame, we extend RC-MAC to prolong the lifetime of the leaf nodes to more than 10 years. Also, we propose a routing protocol that works in combination with our MAC protocol to autonomously construct a data delivery tree such that the number of relay nodes is as small as possible.

GPUを用いた高速なベイジアンネットワーク学習手法

森隆史, 山中優馬, 藤木生聖, 吉廣卓哉

情報処理学会関西支部支部大会講演論文集 ( [情報処理学会関西支部] ) 5p 2016年

送信キュー長の交換による無線メッシュ網の効率化 (モバイルネットワークとアプリケーション)

竹田隼基, 吉廣卓哉

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 ( 電子情報通信学会 ) 115 ( 61 ) 135 - 142 2015年05月

ブランド牛の肥育支援のための理想値に基づいた相関分析に関する基礎検討

佐野文美, 藤木生聖, 吉廣卓哉

情報処理学会関西支部支部大会講演論文集 ( [情報処理学会関西支部] ) 3p 2015年

時分割CSMA/CAを用いた無線メッシュ網の性能に関する一検討

野井貴央, 吉廣卓哉

情報処理学会関西支部支部大会講演論文集 ( [情報処理学会関西支部] ) 6p 2015年

道路交通網状でパケット配送を実現する車々間通信を併用した距離ベクトルルーティング

阪口紘生, 吉廣卓哉, 柴田直樹, 伊藤実

情報処理学会シンポジウムシリーズ(CD-ROM) 2014 ( 5 ) ROMBUNNO.P7 - 90 2014年12月

OLSRにおける局所的な輻輳を回避するマルチパスルーティング

梶清貴, 吉廣卓哉

研究報告モバイルコンピューティングとユビキタス通信（MBL） ( 一般社団法人情報処理学会 ) 2014 ( 13 ) 1 - 9 2014年11月

モバイルアドホックネットワーク（MANET）は，モバイル端末を用いた無線マルチホップネットワーク構築技術として盛んに研究されている．しかし，通信が局所集中すると，深刻な輻輳が発生し，通信性能が低下することが一つの課題である．通信性能を向上するためには，輻輳領域を適応的に迂回するマルチパスルーティングが有効である．しかしながら，OLSR に代表されるプロアクティブ型ルーティングプロトコルでは，輻輳領域を柔軟に迂回できる予備経路の構築は，まだ実現されていない．そこで著者らはこれまでに，OLSR を拡張して追加の経路表を一枚加えることで，輻輳が検知されると，推定される輻輳領域を避けるようにパケットを迂回させるマルチパスルーティング法を提案した．しかし，ネットワークトポロジによっては，一枚の追加経路表では適切な迂回路をうまく構築できない場合があり，通信性能の向上には限界があった．そこで本研究では，追加の経路表をもう一枚加え，二枚の追加経路表を柔軟に切り替えることにより，この問題を軽減し，より効率的な通信を実現するマルチパスルーティング法を提案する．

OLSRにおける局所的な輻輳を回避するマルチパスルーティング

梶清貴, 吉廣卓哉

研究報告高度交通システムとスマートコミュニティ（ITS） ( 一般社団法人情報処理学会 ) 2014 ( 13 ) 1 - 9 2014年11月

Reactive Load Balancing During Failure State in IP Fast Reroute Schemes

Kazuki Imura, Takuya Yoshihiro

情報処理学会論文誌 55 ( 7 ) 2014年07月

To improve reliability of IP networks against link/node failure, several IP fast reroute schemes have been proposed so far. They proactively compute backup paths and activate them when failure occurs to prevent packets from losing at the failure link/node. However, it is known that network performance considerably degrades in the failure state of IP fast reroute schemes, because congestion hot spots often appear near the failure link/node. In this paper, we propose a reactive load balancing method that can be applied to the major IP fast reroute schemes that covers single failure. Our scheme works when an IP fast reroute scheme is activating its backup paths, and reduces the degradation of network performance due to failure. In our load balancing scheme, with the overhead of a few bit field on packet header, we can largely reduce the performance degradation in the failure state and mostly keep the throughput as it was in the normal state where no failure exists.------------------------------This is a preprint of an article intended for publication Journal ofInformation Processing(JIP). This preprint should not be cited. Thisarticle should be cited as: Journal of Information Processing Vol.22(2014) No.3 (online)DOI http://dx.doi.org/10.2197/ipsjjip.22.527------------------------------To improve reliability of IP networks against link/node failure, several IP fast reroute schemes have been proposed so far. They proactively compute backup paths and activate them when failure occurs to prevent packets from losing at the failure link/node. However, it is known that network performance considerably degrades in the failure state of IP fast reroute schemes, because congestion hot spots often appear near the failure link/node. In this paper, we propose a reactive load balancing method that can be applied to the major IP fast reroute schemes that covers single failure. Our scheme works when an IP fast reroute scheme is activating its backup paths, and reduces the degradation of network performance due to failure. In our load balancing scheme, with the overhead of a few bit field on packet header, we can largely reduce the performance degradation in the failure state and mostly keep the throughput as it was in the normal state where no failure exists.------------------------------This is a preprint of an article intended for publication Journal ofInformation Processing(JIP). This preprint should not be cited. Thisarticle should be cited as: Journal of Information Processing Vol.22(2014) No.3 (online)DOI http://dx.doi.org/10.2197/ipsjjip.22.527------------------------------

Adaptive Load Balancing Based on IP Fast Reroute to Avoid Congestion Hot-spots

Masaki Hara, Takuya Yoshihiro

情報処理学会論文誌 55 ( 2 ) 2014年02月

Several load balancing techniques for IP routing scheme have appeared in the literature. However, they require optimization process to compute optimal paths to meet traffic demand so that it requires a mechanism to measure traffic demand and to share them among all routes in order to follow dynamics of traffic. It naturally results in communication overhead and losing sensitivity to follow traffic dynamics. In this paper, we investigate a load balancing mechanism from another approach, i.e., based on IP fast reroute mechanisms. The main idea is simply to forward packets into detour paths supplied by IP fast reroute mechanisms only when packets meet congestion. This strategy enables us to use vacant resources adaptively as soon as they are required to avoid and dissolve the congestion. Through traffic simulation we show that IP fast reroute based load balancing mechanisms improve the capacity of networks.------------------------------This is a preprint of an article intended for publication Journal ofInformation Processing(JIP). This preprint should not be cited. Thisarticle should be cited as: Journal of Information Processing Vol.22(2014) No.2 (online)DOI http://dx.doi.org/10.2197/ipsjjip.22.97------------------------------Several load balancing techniques for IP routing scheme have appeared in the literature. However, they require optimization process to compute optimal paths to meet traffic demand so that it requires a mechanism to measure traffic demand and to share them among all routes in order to follow dynamics of traffic. It naturally results in communication overhead and losing sensitivity to follow traffic dynamics. In this paper, we investigate a load balancing mechanism from another approach, i.e., based on IP fast reroute mechanisms. The main idea is simply to forward packets into detour paths supplied by IP fast reroute mechanisms only when packets meet congestion. This strategy enables us to use vacant resources adaptively as soon as they are required to avoid and dissolve the congestion. Through traffic simulation we show that IP fast reroute based load balancing mechanisms improve the capacity of networks.------------------------------This is a preprint of an article intended for publication Journal ofInformation Processing(JIP). This preprint should not be cited. Thisarticle should be cited as: Journal of Information Processing Vol.22(2014) No.2 (online)DOI http://dx.doi.org/10.2197/ipsjjip.22.97------------------------------

道路交通網上でパケット配送を実現する交通量を考慮した距離ベクトルルーティング

阪口紘生, 吉廣卓哉, 柴田直樹, 伊藤実

マルチメディア通信と分散処理ワークショップ論文集 2013年12月

遺伝的アルゴリズムによる確率学習に基づいたベイジアンネットワークモデル構築手法

福田翔, 吉廣卓哉

2013年度情報処理学会関西支部支部大会講演論文集 ( [情報処理学会関西支部] ) 2013 6p 2013年09月

道路交通網上でパケット配送を実現する距離ベクトルルーティング

阪口紘生, 吉廣卓哉, 柴田直樹

情報処理学会シンポジウムシリーズ(CD-ROM) 2013 ( 2 ) ROMBUNNO.2E-3 - 397 2013年07月

OLSRにおける迂回路構築法に関する一考察 (モバイルネットワークとアプリケーション)

湯川陽平, 吉廣卓哉

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 ( 一般社団法人電子情報通信学会 ) 113 ( 56 ) 143 - 148 2013年05月

MANETにおいては電波干渉等により無線リンクが容易に不安定になるため,無線リンクの品質が大きく変動する前提で高信頼な通信を実現することは重要課題の一つである.アプローチの一つとして,マルチパスルーティングが挙げられる.マルチパスルーティングは,最短路だけでなく複数の経路を用いてパケットを転送することにより,通信の信頼性を向上する.例えば,送信元から宛先までの複数経路を同時に用いて負荷分散を行う,或いは,次ホップリンクが使用できない時に,予め計算された予備経路を用いて即時に通信を継続することが可能である.これまでに数多くのマルチパスルーティング法が提案されているが,そのほとんどはリアクティブ型経路制御法に基づいている.その一方で,リンク状態型の経路制御法では,ネットワーク全体のトポロジ情報が利用できるためより柔軟な経路制御が可能であると考えられるが,リンク状態型の経路制御法に基づいたマルチパスルーティングは少ない.本稿では,リンク状態型の経路制御法OLSRにおいてマルチパスルーティングを実現する方法について議論する.また,有線ネットワークにおいて活発に研究されている耐故障化技術であるIP Fast Reroute法のOLSRへの適用を試みたので,その結果を報告する.

OLSRにおける迂回路構築法に関する一考察

湯川陽平, 吉廣卓哉

研究報告マルチメディア通信と分散処理（DPS） 2013 ( 25 ) 1 - 6 2013年05月

MANET においては電波干渉等により無線リンクが容易に不安定になるため，無線リンクの品質が大きく変動する前提で高信頼な通信を実現することは重要課題の一つである．アプローチの一つとして，マルチパスルーティングが挙げられる．マルチパスルーティングは，最短路だけでなく複数の経路を用いてパケットを転送することにより，通信の信頼性を向上する．例えば，送信元から宛先までの複数経路を同時に用いて負荷分散を行う，或いは，次ホップリンクが使用できない時に，予め計算された予備経路を用いて即時に通信を継続することが可能である．これまでに数多くのマルチパスルーティング法が提案されているが，そのほとんどはリアクティブ型経路制御法に基づいている．その一方で，リンク状態型の経路制御法では，ネットワーク全体のトポロジ情報が利用できるためより柔軟な経路制御が可能であると考えられるが，リンク状態型の経路制御法に基づいたマルチパスルーティングは少ない．本稿では，リンク状態型の経路制御法 OLSR においてマルチパスルーティングを実現する方法について議論する．また，有線ネットワークにおいて活発に研究されている耐故障化技術である IP Fast Reroute 法の OLSR への適用を試みたので，その結果を報告する．Due to the nature of wireless communication, it is important in MANET to realize highly-reliable communication under the assumption that the link quality easily changes over time. One of the approaches to this end, many multi-path routing schemes have been proposed so far. In these multipath routing proposals, they use multiple paths rather than the single shortest path to improve the reliability of communication, e.g., some of them use multiple paths between a pair of source and destination nodes to distribute traffic among them, or some others use a pre-computed alternative path when the next-hop link fails. However, most of the multi-path proposals appeared in the past are based on reactive distance-vector routing schemes, rather than proactive link-state schemes. There is a few study of multi-path routing that is based on proactive link-state schemes, although computing more efficient multi-paths seems to be possible by making use of network topology information. In this article, we discuss the methodology to realize multi-path routing over proactive link-state routing protocol OLSR. Further we report our attempt that implement and test a multi-path routing over OLSR.

OLSRにおける迂回路構築法に関する一考察

湯川陽平, 吉廣卓哉

研究報告モバイルコンピューティングとユビキタス通信（MBL） 2013 ( 25 ) 1 - 6 2013年05月

マルチチャンネル無線メッシュ網における予備リンクを利用した高性能通信の実現手法

金岡弘道, 吉廣卓哉

マルチメディア通信と分散処理ワークショップ論文集 2012 ( 4 ) 34 - 42 2012年10月

Predicting Three-way Interactions of Proteins from Expression Profiles Based on Correlation Coefficient

INOUE ETSUKO, MURAKAMI SHO, FUJIKI TAKATOSHI, Takuya Yoshihiro, Atsushi Takemoto, Haruka Ikegami, Kazuya Matsumoto, Masaru Nakagawa

情報処理学会論文誌論文誌トランザクション ( 一般社団法人情報処理学会 ) 2012 ( 1 ) 34 - 43 2012年10月

In this study, we propose a new method to predict three-way interactions among proteins based on correlation coefficient of protein expression profiles. Although three-way interactions have not been studied well, this kind of interactions are important to understand the system of life. Previous studies reported the three-way interactions that based on switching mechanisms, in which a property or an expression level of a protein switches the mechanism of interactions between other two proteins. In this paper, we proposed a new method to predict three-way interactions based on the model in which A and B work together to effect on the expression level of C. We present the algorithm to predict the combinations of three proteins that have the three-way interaction, and evaluate it using our real proteome data.

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