Society 5.0の実現に向けた大規模高密度マルチホップ
国際標準無線通信システムの研究開発

研究機関:日新システムズ、京都大学 研究代表者:柏木 良夫

研究開発の概要

・都市部等IoT機器設置後周辺環境が変化する環境でも安定動作するよう大容量高密度環境においても高い接続率で通信できるようマルチホップ無線IoT規格を研究開発、国際標準化

・研究開発、標準化した大規模高密度マルチホップ無線IoTシステムを搭載したIoTゲートウェイ機器および社会実装用センシングデータ取得基盤を開発し、 Society 5.0が想定するサービスに展開、社会実装

研究開発のポイント

技術課題1は、①Wi-SUN FAN(Field Area Network)による大規模高密度マルチホップネットワークに関する研究、②Resource Limited Monitoring and Management(RLMM)、③Wi-SUN FANによる社会実装用センシングデータ取得基盤に関する研究の3項目について、接続安定性、低消費電力化、通信速度の向上などの基礎となる機能拡張について提案、設計、実装、実証、評価や仕様策定を行い国際標準化を目指すと共に社会実装可能な基盤を構築する。Wi-SUN FANについては、次の10年を見据えて既存の2200万台のスマートメーターが達成している接続率99.7%を要件として更なる安定性の向上と通信の高速化を行う。また、Wi-SUN RLMMは、Wi-SUN FANと同様に接続の安定性、性能向上などだけでなくプロファイル自体が国際標準化されていないため、国際標準化についても進める。


①Wi-SUN FAN(Field Area Network)による大規模高密度マルチホップネットワークに関する研究

Wi-SUN FAN 1.0は、国際標準化の第一版として既に終了している。国内向けの次世代の電力、ガスなどのスマートメーターにも対応出来るようWi-SUN FAN 1.1への改版を提案し、標準化を行い、機器への実装を目標とする研究である。

・IETF RPLによるネットワーク層高接続率ルーチング法
・MAC層(CSMA)の高度化、低消費電力対応
・高密度環境における強環境耐性ツリー構造、IPv6ベース
・~600KbpsのFSK高速通信

電気、ガス、水道ユーティリティメーター、エネルギーマネージメント、スマートシティ、防災、交通、見守りと暮らしの向上、双方向リアルタイム通信


②Wi-SUN RLMM(Resource Limited Monitoring and Management)による大規模高密度マルチホップネットワークに関する研究

Wi-SUN FANのIPv6ベースの標準プロトコルと異なり、CPU能力、メモリ、消費電力など省リソースで駆動可能なWi-SUNプロファイルの一つに対する研究を行う。Wi-SUN RLMMは、国際標準化まで行えておらず、最終年度までに仕様を再提案、一部は再設計を行って国際標準化を目指す。

・IEEE 802.15.10によるデータリンク層ルーチング法
・低消費電力MAC層
・高密度環境における強環境耐性メッシュ構造、Non IPベース
・接続安定性の向上と国際標準化

橋梁、建物、トンネルなどの都市・交通などの構造物、農水産業、食など低周期データ


③Wi-SUN FANによる社会実装用センシングデータ基盤の研究開発

大規模、高密度環境で動作するWi-SUN FANシステムは、次世代電力およびガスメータリング用もしくはスマートシティ用マルチホップ無線方式として導入される(2022年以降に2012年以降に設置したメーターが随時入れ替えられる)。安定した接続性に関しては、① Wi-SUN FANによる大規模高密度マルチホップネットワークに関する研究」にて実施するが、この研究ではWi-SUN FANにて接続されたデバイスにて様々なセンサーデータを集約するためのクラウド基盤から、実際に1,000台規模の実証を行って評価する。

医療・介護、健康促進と生活支援、工場、物流、食品、防災・減災など


メンバー

柏木良夫
日新システムズ
研究代表者
原田博司
京都大学
研究責任者

正木弘子 京都大学
伊田屋英俊 日新システムズ
山下隆史 日新システムズ

成果

・国際標準提案、口頭発表、査読付口頭論文など今年度計画の基本設計・仕様化を推進
・最終年度に計画している大規模実証に備えて各構成要素の基本設計完了、一部試作と評価の実施
・期首に計画の基本設計を年度末までに更に進めて来年度の試作、評価、再設計に繋げる
 

[査読付き口頭発表論文(印刷物を含む)]

  1. R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Dependable Source Routing Scheme for Multi-Hop Networks Based on Receiver-Initiated MAC Protocol”,IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) 2020 pp. 1-4, January 2020.
  2. K. Mizutani, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“A Home Area Heterogeneous Wireless Management Scheme by Wi-SUN FAN and Wi-Fi Systems”,IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) 2020 pp. 1-4, January 2020.
  3. D. Hotta, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Stabilization of Multi-Hop Routing Construction in Wi-SUN FAN Systems”,IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) 2020 pp. 1-, January 2020.
  4. K. Samejima, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Wireless Smart Ubiquitous Network by CSL-based Low Power MAC Protocol”,IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) 2020 pp. 1-2, January 2020.
  5. K. Samejima, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Evaluation of CSL-based Low Power MAC Protocol for Wireless Smart Metering Networks”,IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) 2020 pp. 1-6, January 2020.
  6. R. Wayong, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“A Scheduling Scheme for Channel Hopping in Wi-SUN FAN Systems toward Data Throughput Enhancement”,The 2020 IEEE 91st Vehicular Technology Conference: VTC2020-Spring
  7. K. Mizutani, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Coexistence of Synchronous and Asynchronous MAC Protocols for Wireless IoT Systems in Sub-Gigaherz Band”,IEEE 6th World Forum on Internet of Things (WF-IoT)
  8. Y. Xiang, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Data Rate Enhancement for IEEE 802.15.4 Based FSK Transmission Scheme”,IEEE 6th World Forum on Internet of Things (WF-IoT)
  9. H. Ochiai, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada, “A High-speed Wi-SUN FAN Network by Highly-Dense Frequency Hopping”, The 2020 IEEE 92nd Vehicular Technology Conference (VTC2020-Fall)

[口頭発表]

  1. Y. Xiang, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Field Experiment of IEEE 802.15.4 Based High-Speed FSK Transmission Scheme”,電子情報通信学会短距離無線通信研究会(神奈川県川崎市), January 2020.
  2. 落合英智, 水谷潔志, 奥村亮太, 水谷圭一, 原田博司,“高速Wi-SUN FANネットワークにおける周波数ホッピングの高密度化”,電子情報通信学会短距離無線通信研究会(神奈川県川崎市), January 2020.
  3. 奥村亮太, 水谷圭一, 原田博司,“無線フィールドエリアネットワークにおけるバッテリ駆動端末向けMACプロトコルに関する検討”,電気学会通信研究会(沖縄県石垣市)(2020年1月30日)
  4. Y. Xiang, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada,“Feasibility Study of IEEE 802.15.4 Based High-Speed FSK Transmission Scheme for Broadband Wireless Field Area Network”,電気学会通信研究会(沖縄県石垣市), January 2020.
  5. 正木弘子, 奥村亮太, 水谷圭一, 原田博司,“医療・介護での利用を志向したIEEE 802.15.4gシステムの屋内伝送実験”,電子情報通信学会短距離無線通信研究会(東京都目黒区) ,March 2020.
  6. 平川怜, 奥村亮太, 水谷圭一, 原田博司,“Wi-SUN FANネットワークにおける伝送特性向上のための経路構築法”,電子情報通信学会短距離無線通信研究会(東京都目黒区) ,March 2020.
  7. 柏木良夫 “Society5.0の実現に向けた大規模高密度マルチホップ国際標準無線通信システムの研究開発”,電子情報通信学会短距離無線通信研究会(東京都目黒区)(採録決定),March 2020.
  8. 柏木良夫, “国際無線通信規格Wi-SUN FANの動向”,電子情報通信学会 2020年総合大会(広島大学東広島キャンパス),(採録決定),March 2020.
  9. R. Wayong, R. Okumura, K. Mizutani, and H. Harada, “A Routing Protocol toward Seamless Handover for Mobile Nodes in Wi-SUN FAN”、電子情報通信学会短距離無線通信研究会(オンライン), August 2020.
  10. 奥村亮太, 水谷圭一, 原田博司, “無線フィールドエリアネットワークにおけるバッテリ駆動端末向けMACプロトコルの特性解析”、電子情報通信学会短距離無線通信研究会(オンライン), August 2020.

[国際標準提案]

  1. Wi-SUN Alliance FAN Working Group Japan Meeting,20191113-preparatory-materials-for-development-of-Wi-SUN-FAN1.1-en-0v00, Preparatory materials for development of Wi-SUN FAN 1.1 Japanese specification, November 2019.
  2. Wi-SUN Alliance FAN Working Group Japan Meeting,20191205-Wi-SUN-FAN1.1-discussion-items-KyotoUniv-0v00,PHY Layer and Low Power MAC Layer for FAN 1.1,December 2019.
  3. Wi-SUN Alliance FAN Working Group Japan Meeting,20191127-preparatory-materials-for-development-of-Wi-SUN-FAN1.1-0v00, November 2019.
  4. Wi-SUN Alliance FAN Working Group Japan Meeting,20191212-Wi-SUN-FAN1.1-discussion-items-KyotoUniv-0v00,Supporting for PHY Layer for FAN 1.1,December 2019.
  5. Wi-SUN Alliance FAN Working Group,20191220-Wi-SUN-FAN1.1-proposal-KyotoUniv-0v00,PHY Layer and Low Power MAC Layer for FAN 1.1,December 2019.
  6. Wi-SUN Alliance PHY Working Group,20200107-Wi-SUN-PHY-proposal-KyotoUniv-0v00,PHY Layer for FAN 1.1,January 2020.
  7. Wi-SUN Alliance FAN Working Group,20200107-Wi-SUN-FAN1.1-proposal-KyotoUniv-0v01,Low Power MAC Layer for FAN 1.1,January 2020.
  8. IEEE P802.15 Working Group for Wireless Personal Area Networks,IEEE 802.15-20-0009-02-wng0,Extension of the SUN FSK in 802.15.4 PHY for JAPAN utility applications,January 2020.
  9. Wi-SUN Alliance FAN Working Group,20200124-Wi-SUN-FAN1.1-proposal-KyotoUniv-0v02,Low Power MAC Layer for FAN 1.1,January 2020.
  10. Wi-SUN Alliance FAN Working Group,20200211-Wi-SUN-FAN1.1-discussionitem-KyotoUniv-0v00,Low Power MAC Layer for FAN 1.1,February 2020.
  11. Wi-SUN Alliance FAN Working Group,20200218-Wi-SUN-FAN1.1-discussionitem-KyotoUniv-0v01,Low Power MAC Layer for FAN 1.1, February 2020.
  12. Wi-SUN Alliance FAN Working Group,20200224-Wi-SUN-FAN1.1-discussionitem-KyotoUniv-0v00,Low Power MAC Layer for FAN 1.1,February 2020.
  13. Wi-SUN Alliance FAN Working Group,20200310-Wi-SUN-FAN1.1-discussionitem-KyotoUniv-0v02,Low Power MAC Layer for FAN 1.1,March 2020.
  14. Wi-SUN Alliance PHY Working Group,20200205-Nissin Systems Wi-SUN-FAN1.1 technical proposal 0v02,Feburary 2020.

[受賞リスト]

  1. 2020年3月5日承認, 電子情報通信学会短距離無線通信研究会研究奨励賞, Yueying Xiang
  2. 2020年3月5日承認, 電子情報通信学会短距離無線通信研究会研究奨励賞, 落合 英智
  3. 2020年5月28日, IEEE Vehicular Technology Society Tokyo/Japan Chapter VTC2020-Spring Young Researcher’s Encouragement Award, Robby Wayong
  4. 2020年6月16日, IEEE 6th World Forum on Internet of Things (WF-IoT 2020) Best Paper Presentation Awards First Place, Kiyoshi Mizutani, Ryota Okumura, Keiichi Mizutani, and Hiroshi Harada