「新世代ネットワーク技術戦略の実現に向けた萌芽的研究」の成果について１．施策の目標・本研究では、アシュアランスネットワーク技術の基本概念を確立し、その統一的な設計法を提案するとともに、トラスタブルな端末・インフラ・サービスアプリケーション（見守りサービスアプリケーション、プロトコル選択可能なネットワークアーキテクチャ、コミュニティネットワークアーキテクチャが提供するサービスアプリケーション）へ適用し、シミュレーション等によりアシュアランス性を評価し、その有用性を実証する。２．研究開発の背景・ユーザからの異種でかつ変化する要求に対するディペンダビリティ、セキュリティ、適時性、適応性を満たす性質はアシュアランスと定義される。アシュアランスネットワークの実現には、耐故障、実時間、自律、移動、知識などの統合技術が必要とされるが、その具体的実現は挑戦的課題である。３．研究開発の概要と期待される効果・アシュアランスネットワーク技術を用いることでシステムの大規模化、ネットワーク環境の変動、セキュリティに対する攻撃や故障を引き起こすフォールトの存在などネットワークサービスに対する複雑化要因が存在した場合でもネットワークサービスのリアルタイムな提供が期待できる。また、トラスタブルな端末・インフラ・サービスアプリケーションそれぞれへの適用事例を示すことにより、その概念の有用性を実証している。また、アシュアランス性の数学的定義を設定し定量的な評価を可能とすることで、アシュアランス性の議論の活性化が期待できる。アシュアランスネットワーク技術複雑化要因システムの大規模化ネットワーク環境の変動セキュリティに対する攻撃フォールトの存在バージョンの異なるサブシステムユーザ複雑要因が存在してもリアルタイムなサービス提供４．研究開発の期間及び体制アシュアランスネットワーク技術に基づいた手法の提案・自律分散クラスタリング：アシュアランスシステムの設計に基づいた、大規模ネットワークを自律分散システムが互いに結合したものとして制御する方式・ ATR ：ルーティングポリシの異なる複数のサブネットワークにおいて、ネットワーク全体の管理者が他のサブネットへの経路情報再配布の設定を行うことなく複数サブネットをまたがって通信する技術・見守りサービスアプリケーション（課題イ）フォールトをもつサブシステム・アシュアランス性を示す指標を定義・アシュアランスネットワーク技術の議論を行う枠組みを作成した平成22年度（1年間） NICT委託研究（広島市立大学、東京工業大学） 1 課題ア：アシュアランスネットワーク技術の基本概念と統一的な設計法の主な成果アシュアランスネットワーク技術バージョンの異なるサブシステム複雑化要因システムの大規模化ネットワーク環境の変動セキュリティに対する攻撃フォールトの存在ユーザ複雑要因が存在してもリアルタイムなサービス提供フォールトをもつサブシステムアシュアランスネットワークの基本概念の検討オーバヘッドパフォーマンス・ネットワークの複雑要因による時間的及び空間的な変化に対する耐性をアシュアランスと考え、その尺度としてこれらの要因に基づくネットワーク環境の変化に対するパフォーマンスの安定度をアシュアランス性と定義する。・アシュアランス性が高いネットワークは環境の時間的及び空間的変化が起こった場合においてもパフォーマンスを高く維持できるものと定義できる。そのため、パフォーマンスを多様な環境、環境の変化、空間に対して積分を取ることでアシュアランス性を導出できることを示した。低い高いネットワークの複雑性アシュアランスネットワークの統一的設計法の検討１．ネットワークの規模を上限と下限の間に制限した重ならないサブネットワークに分割する２．右図で示したネットワークの複雑要因に対する状態変化への適応のため、各サブネットワークにリアルタイム自己組織化制御機能を組み込む (1) 動的変化への対応サブネットワークにおいて得られる局所情報に基づいて自律的に認識し、動的変化に適応するようにリアルタイムに自己組織化制御を実行する。 (2)セキュリティに対する攻撃からの回復ネットワーク外部からのイベントに起因する、正常状態から異常状態への遷移でモデル化する。攻撃はサブネットワークにおいて得られる局所情報に基づいて自律的に認識し、攻撃からの回復のためにリアルタイムに自己組織化制御を実行する。 (3)故障からの回復ネットワーク内部からのイベントに起因する、正常状態から異常状態への遷移でモデル化する。フォールトはサブネットワークにおいて得られる局所情報に基づいて自律的に認識し、フォールトからの回復のためにリアルタイムに自己組織化制御を実行する。３．上述したアシュアランスネットワークの統一的設計法はモバイルアドホックネットワークの設計に適用可能であることを具体的に示している。統一的設計法は、サブネットワークを構成するノードの隣接性の捉え方により、モバイルアドホックネットワークだけでなく、センサネットワーク、センサネットワーク、オーバーレイネットワーク、コミュニティネットワークなどにも適用可能であり、汎用性は高い。 (2) 外部からの攻撃 (1) 動的変化低い高いネットワークの複雑性アシュアランス性高アシュアランス性低アシュアランス性評価のための概念図 (3) 故障 Normal state space Abnormal state space ネットワークの複雑要因に対する３種類の状態変化 2 課題イ：見守りサービスアプリケーションの主な成果見守りサービスアプリケーション自律分散クラスタリング手法１．自律分散クラスタリングのアシュアランス化技術・アシュアランスネットワークの基本概念に基づき自律分散クラスタリングのアシュアランス化を行う手法について検討した。・各クラスタ内のノードの密度や移動に対して、クラスタ内のノードの隣接情報からクラスタの状態変化を検知し、ノードの送受信電力を適応的に変化させることで所望の特性を持つことをシミュレーション実験によって確認し、同時にノード密度、移動等の変化に対して追従性を向上できる手法を開発した・端末数で制御されたクラスタに分割して管理する技術・ネットワーク中の端末数が増加してもクラスタ内の端末数を一定に保つことができるため、情報収集の遅延や未検出を防ぐことができる２．見守りサービスアプリケーションへの応用評価・見守りシステムにモバイルアドホックネットワークならびに自律分散クラスタリング手法を用いつつ、転送データの傍受等に対抗できる見守りシステムと見守りサービスアプリケーションの構成を目指している。・本研究において、実際の登下校データを用いたシミュレーション実験を行った結果、見守りサービスアプリケーションが有用に働くことを確認できた。また、登校、下校の際にはそれぞれクラスタメンバ数が増加していく方向、減少していく方向に変化する。この変化の違いにより我々の手法が異なった特性を示すことが確認できた。学校 Cluster B 電柱タグ子供の安否を確認サーバ管理端末端末クラスタツリー無線リンク B A C D Cluster C Cluster D 自律分散クラスタリングによるネットワークの分割秘密分散法インターネット子供の安否を確認メッシュネットワーク Cluster A ・情報を分割してマルチパスを用いて送信する技術・分散された情報の一部だけでは復号できないため、第三者からの傍受に強くなる N-1 N-6 N-3 家庭メッシュネットワークを介した見守り情報の収集 Sink N-4 Node 自立分散クラスタリングを用いてグループを形成見守りサービスアプリケーションの実用例 N-2 N-5 N-7 秘密分散法による情報分散 3 課題ウ：動的にプロトコル選択可能なアーキテクチャに関する主な成果トランスポートプロトコルの動的変更技術の検討有線環境および無線環境におけるトランスポートプロトコルの特性利点 TCP UDP 欠点有線回線における輻輳の回避、および信頼性の保証無線回線のようなパケットロス率が高い環境で、高い帯域利用率が得られる無線回線のようなパケットロス率が高い環境で十分な性能が得られない送信レートを端末の状況により動的に調節できないため、有線回線で輻輳を発生させる可能性ありクロスレイヤ制御技術の検討無線LAN環境におけるQoS保証技術 • QoS保証TCP：トランスポート層の制御のみ利用した技術 • QoS保証MAC：MAC（データリンク）層の制御のみ利用した技術  従来のQoS保証技術は各層で独立に検討され、組み合わせた場合の効果や振る舞いは不明提案 QoS保証TCPとQoS保証MACを共用したフローQoS制御技術提案通信中にTCPとUDPを動的に切り替える方式クロスレイヤ制御 TCP 利用パケットロス率と輻輳状況に応じて動的に切り替え UDP 利用シミュレーション評価の結果、TCPやUDPの単独利用と比較して、パケットロスが発生しやすい環境において、背景トラヒックとの公平性が改善され、かつ、スループットが向上することを確認＜組み合わせた制御＞ QoS保証TCP：TCP-AV QoS保証MAC：ROC（Receiving Opportunity Control）, IEEE802.11e シミュレーション評価を行った結果、QoS保証TCPを単独で利用した時よりも高い帯域制御能力があることを確認 4 課題エ：コミュニティネットワークアーキテクチャと技術の主な成果コミュニティネットワークアーキテクチャと技術ワイヤレスセンサネットワークシステム自律マルチレイヤー災害支援システム・大規模災害時、従来の集中管理により膨大な情報を早く共有するための即応性、的確にエリア把握する精度が課題・本研究では、３レイヤー型の災害支援システムを構築し、救助ノードは被災ノードの存在を自律的に把握し協調して包括的にコミュニティを構築する技術を提案した。コミュニティ・無駄の効用－平時に非合理・非効率の施行により、有事の予測不能な状況変化に対応・共鳴による共生－個の主観に基づいた情報の共通部分が発現し、相互に協調自律マルチレイヤー災害支援システムアーキテクチャ自律映像配信システム自律分散コミュニティワイヤレスセンサネットワークシステム１．原子力発電所の設備モニタリングシステム・異常発生時の情報爆発によるリアルタイム性の悪化が課題・本研究では、コミュニティを構築し、ルータ間で自律的に協調して重要でない情報を抑制することにより、リアルタイム性が求められる異常情報を優先して伝達する技術を提案した。自律包括型コミュニティ構築技術・従来の映像配信システムではネットワークと配信ノードの障害による映像配信継続性の保証とサービス信頼度の低下が課題・本研究では、差分割圧縮技術を用いて、大多数のユーザが要求する低品質データほど広く多くのノードに分散配置されるにより、各ノードのデータ処理負荷が分散されると同時に継続性を保証することができる。２．食品生産管理システム・製造ラインの頻繁な変更や検査項目の増加による拡張性の低下が課題・本研究では、ルータコミュニティ内での情報共有により、迅速かつ柔軟にセンサを付け替えるためのコミュニティ内協調技術とコミュニティ間協調技術を提案した自律データ抑制技術自律協調技術自律映像配信システム実験プロトタイプ 5 1. これまでに得られた成果新世代ネットワーク技術戦略の実現に向けた萌芽的研究 2. 論文外国発表予稿等収録論文一般口頭発表展示会 10 32 21 19 5 研究成果発表会などの開催について（１）国際会議ISADSの主催と論文発表国際会議ISADSを主催するとともに、アシュアランスネットワークに関する 2011年3月23日～3月27日論文発表を１６件行う予定である。（２）国際ワークショップADSNでのアシュアランスネットワークに関する議論国際ワークショップADSNにおいて新世代ネットワークに関する基調講演を招待するとともに、アシュアランスネットワークに関するパネル討論および特別セッションを実施する予定である。 6