Network分野について

✓ 「次世代ネットワーク技術」の研究を幅広く行っています！

－主な研究分野－✓ マルチメディア通信✓ モバイル&センサーネットワーク✓ 5G通信

－最近のKey Word－ストリーミング配信,帯域推定・予測技術,4K/8K映像配信, 360度映像配信,LTE,WiFi,クラウドコンピューティング,エッジコンピューティング,MPEG-DASH,VR,AR,消費電力評価,ネットワーク品質可視化,ソフトウェア無線,無線アクセス制御 etc…

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[2] 田中裕之, 高橋紀之, 川村龍太郎, “IoT時代を拓くエッジコンピューティングの研究開発”, NTT技術ジャーナル, 2015

エッジコンピューティングとは？

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従来のクラウドコンピューティングではユーザとクラウドサーバまでの物理的な距離による通信遅延がネックとなるため、ユーザの近くにエッジサーバを複数設置することで、低遅延なアプリケーション処理を実現する。

[2]

モバイルネットワークとは?スマートフォン端末などで利用されるネットワーク

LTE (Long Term Evolution)

✓3GとIMT Advancedの間に開発された第3.9世代の無線規格

4G/LTE

✓LTEを高度化したLTE-Advancedと呼ばれる第4世代の無線規格

✓現在、スマートフォン端末などでよく利用されている

5G

✓大容量、超高速、超低遅延といった優れた特長を持つ第5世代の無線規格

✓2020年の実現に向けて様々な検討がなされている

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IoTとは?Internet of Things : 身の回りのあらゆるモノをインターネットに接続, 通信

クラウドコンピューティングやモバイルネットワークを活用しタスクを行う

セキュリティ，ネットワーク構成，電力など多くの課題が存在

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• 異常検知などの様々なタスクの実行アプリケーション

• データ保存，分析，可視化クラウドコンピューティング

• データ収集，送信センサーネットワーク

研究例1:省電力センサ情報収集

省電力なセンサ情報収集を目標とし、センサデータアップロード時の消費電力特性の実測基づき、アップロード時の消費電力モデルの構築を行う。省電力効果をモデル及び実測によって検証する。

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研究室サーバ

LTE

Internet

Power Monitor

Galaxy J

スマホで情報収集Ex)スループット、GPS、

基地局情報、ユーザ情報 …etc

収集した情報を低消費電力でサーバに

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研究例2:サーバ・ネットワーク仮想化コンピュータリソースやネットワークリソースを仮想化(ソフトウェア化)することで、より高い柔軟性と信頼性を実現する技術

例：OpenFlow (ネットワークの経路制御機能(OpenFlowコントローラ)とデータ転送機能(OpenFlowスイッチ)を分離し、OpenFlowプロトコルにより通信を行う)

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Low quality area

High quality area

Contents delivery

Prediction of communication qualityAnalysis of user activity

[1]Kenji Kanai, Jiro Katto and Tutomu Murase: “Performance Evaluations of Comfort Route Navigation Providing High-

QoS Communication for Mobile Users,” ITE Trans. on MTA 2014.

様々な状況でモバイルアプリケーションを利用

➢ TCPスループットの予測精度向上、ユーザの状態分析により、モバイルアプリケーションのQoS向上が達成できる

Proactive deliveryProactive delivery

スループットを予測

ユーザの状態分析 映像配信制御

QoS向上

動画視聴を想定

研究例3:移動状態に応じた映像配信制御

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Communication

quality factors

Cloud

Mobile user

Throughput

prediction

Throughput

prediction

Throughput

prediction

Transportation modes

recognition

Database for each

moving behavior

Cell ID

RSSI

Throughput

Mobile application control

(e.g., rate adaptation)

TCPスループット予測精度向上

アプリケーションのQoS向上

➢ GPSやセンサー情報に比べて省電力

移動状態推定に注目

研究例3:移動状態に応じた映像配信制御

〜いつでもどこでも高品質な映像配信を目指して〜従来 目標

回線状況によって品質が変化 回線状況によらず品質が安定

キーワード : 映像配信、ネットワーク仮想化(SDN)、QoE

再生が止まった

映像がきれい

映像がきたない

コントローラ最適化制御

ネットワーク仮想化技術を活用し、ネットワークを動的に制御

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研究例4:映像配信におけるQoE制御

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映像品質改善◦ユーザが見る映像品質をより良くするために

キーワード：DASH, QoS, QoE, MOS etc.

研究例4:映像配信におけるQoE制御

ユーザは映像の一部しか見ていない

さまざまな効率的な符号化処理＆配信処理

分割配信

タイルベース符号化

ビットレート削減＆

品質の向上

キーワード : VR動画、映像配信、ROI符号化

ヘッドマウントディスプレイ(Vive)

VR・AR市場規模の増加

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研究例5:VR映像の効率的な配信方法

4Kカメラ + 5G通信端末5G基地局

不審物

要注意行動

想定するユースケース

公共施設

早稲田大学 基幹理工学部 情報通信学科 甲藤研究室

研究例6：5Gによる4K映像監視を想定したシミュレーションによる品質評価

5Gにおける要求条件• 収容容量：2010年と比較して

1000倍以上• 通信速度：10Gbps以上• 超低遅延：1ms以下• 省電力：90％の電力削減

➢第5世代移動通信(5G)の2020年実用化

5Gの構成技術であるの利用をシミュレーションにより検証

• 6GHz以上の準ミリ波、ミリ波帯といった4G LTEより高い周波数帯

• 既存のシステムとの干渉を防ぐ• より広い帯域幅による高速化・大容量化• アンテナの小型化

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研究例7: モバイルネットワークにおけるMultipath TCP輻輳制御

従来のTCP Multipath TCP

WiFi

4G/LTE

WiFi 4G/LTEor

どちらか一方の経路を使用する 複数の経路を同時に使用できる

モバイル端末とMultipath TCP（MPTCP）は相性が良い

⇒MPTCPのモバイルネットワークにおける性能改善を目指す

⇒輻輳制御に焦点を当て、モバイル用のMPTCP輻輳制御を考える

研究例8: IoT向け通信プロトコルの遅延特性評価

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→状況に応じて、最適なプロトコルを使用したい！

→✓通信遅延モデルの構築✓様々なネットワーク環境における遅延特性評価

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HTTP CoAP Kafka MQTT

(QoS1)

MQTT

(QoS0)

Kafka MQTT

(QoS1)

MQTT

(QoS0)

Tim

e (m

s)

タイトル

Execution time Communication time Model

Cloud Edge

• IoTに用いられる通信プロトコル

▫ クライアント/サーバ型

HTTP, CoAP, etc.

▫ パブリッシュ/サブスクライブ型

MQTT, Apache Kafka, etc.