项目来源

日本学术振兴会基金(JSPS)

项目主持人

塚本 和也

项目受资助机构

九州工業大学

立项年度

2023

立项时间

未公开

项目编号

23K18467

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

6240000.00日元

学科

情報科学、情報工学およびその関連分野

学科代码

未公开

基金类别

挑戦的研究(萌芽)

关键词

低軌道衛星通信システム ; 電離圏電波伝搬 ; 太陽活動 ; 輻輳制御アルゴリズム ;

参与者

藤本晶子

参与机构

九州工業大学，大学院情報工学研究院

项目标书摘要：本研究課題は、全体として概ね順調に進展していると考えている。(1)に関しては、1年目で整備・開発したソフトウェア無線を用いたGPSシンチレーション計測システムでは、廉価な部品で構成するシステムを構築し、GSPシンチレーション指標の高時間分解能なキャンペーン観測を成功させた後、2年目では定常観測運用を実施している。一方で、電離圏ゆらぎモデルに関しては、1年目で全電子量TECデータから算出できる電子密度擾乱指数ROTIを用いた電離圏揺らぎ時空間(3D)マップの可視化技術、ならびにHF短波電波リモートセンシングによる電離圏密度高度分布データの高時間分解能へのデータ再構成技術の開発を行い、多次元全球電離圏時空間変動モデルの作成に向けた学習データの準備を整えた。2年目では、予定通り多次元全球電離圏時空間変動モデルのプロトモデルの構築に成功している。次に(2)は、1年目は低軌道衛星通信システムとして、Starlinkを利用して、既存の各種輻輳制御手法がStarlinkが用意している複数の通信回線クラス、及びエンド端末の接続環境によってどのように変化するか、通信適性を詳細に調査する事が出来た。更に、これらの調査の結果から、現実環境での低軌道衛星通信ではパケットロスが頻発する事が分かり、衛星間切替を可能な限り低減する事の重要性を明らかにした。2年目は、シミュレータns3-leoを用いて、現状のハンドオーバ発生頻度、及び今後の予測を行い、性能改善を実現するための経路制御を提案し、有効性を検証することができた。最後に(3)は、R6年度より、課題1で作成した「全球電離圏時空間変動モデル」によって推定される電離圏揺らぎに対し、課題2で考案した適切な輻輳・経路制御アルゴリズムに適応的に対応する手法を考案・実装する予定である。本研究では、高効率性と高耐障害性を具備する低軌道衛星通信システムの実現を目指し、(1)電離圏時空間変動モデルとデータ同化技術を活用した電離圏揺らぎの推定、(2)低軌道衛星通信システムに適した輻輳制御を比較・予測した通信性能予測モデルの構築、(3)予測した電離圏揺らぎに適切な輻輳制御アルゴリズムへの適応切替手法の提案・実装と季節変動への耐性の検証、に取り組む。本年度の実績を以下に示す。(1)に関して、前年度に開発したソフトウェア無線を用いたGPSシンチレーション計測システムを用いて、電離圏ゆらぎ具合を見える化した全天可視化図(S4スカイプロット)を開発した。加えて、現在、GSPシンチレーション指標の高時間分解能な定常観測を維持運用している。一方で、全電子量TEC平面データを用いた電離圏揺らぎ時空間(3D)マップ、極域電離圏ゆらぎデータに太陽風データを統合した多次元全球電離圏時空間変動モデルのプロトモデルを開発した。これらの成果に関して7件の対外発表を行った。(2)に関して、前年度明らかにした衛星間切替を可能な限り低減する衛星選択手法を提案・改善し、シミュレータns3-leoを用いて、現状の低軌道衛星環境のみならず、今後の衛星数の増加や衛星とアンテナ・地上局間の環境を変化させた上で手法の有効性を明らかにした。更に、将来の衛星環境におけるトランスポート制御プロトコルの課題を明らかにするためにシミュレーション評価を開始している。これらの研究成果について、国際会議1件、国際シンポジウム1件、国内研究会3件の対外発表を行った。最後に(3)に関して、(1)と(2)の成果を取りまとめた上で、最終年度に提案・評価するために必要な意見交換を研究者間で開始しており、準備を順調に進める事が出来ている。当初の計画に沿って、引き続き実施する。(1)に関して、具体的には、多次元全球電離圏時空間変動モデルの高精度化を図るとともに、GPSシンチレーション計測システムによる電離圏ゆらぎとStarlinkの通信性能の変動の比較検証を実施する。(2)に関して、現在、及び将来の通信環境における通信性能を向上するための新たなトランスポート制御を考案し、シミュレーションによって有効性を明らかにする。最後に(3)に関して、(1)と(2)の成果を統合した上で、「多次元全球通信性能変動マップ」の予測に基づき、適切な輻輳・経路制御アルゴリズムに適応的に切り替える手法を考案した上で、シミュレーション実験によって有効性を示す事を目指す。Reason:本研究課題は、全体として概ね順調に進展していると考えている。(1)に関しては、1年目で整備・開発したソフトウェア無線を用いたGPSシンチレーション計測システムでは、廉価な部品で構成するシステムを構築し、GSPシンチレーション指標の高時間分解能なキャンペーン観測を成功させた後、2年目では定常観測運用を実施している。一方で、電離圏ゆらぎモデルに関しては、1年目で全電子量TECデータから算出できる電子密度擾乱指数ROTIを用いた電離圏揺らぎ時空間(3D)マップの可視化技術、ならびにHF短波電波リモートセンシングによる電離圏密度高度分布データの高時間分解能へのデータ再構成技術の開発を行い、多次元全球電離圏時空間変動モデルの作成に向けた学習データの準備を整えた。2年目では、予定通り多次元全球電離圏時空間変動モデルのプロトモデルの構築に成功している。次に(2)は、1年目は低軌道衛星通信システムとして、Starlinkを利用して、既存の各種輻輳制御手法がStarlinkが用意している複数の通信回線クラス、及びエンド端末の接続環境によってどのように変化するか、通信適性を詳細に調査する事が出来た。更に、これらの調査の結果から、現実環境での低軌道衛星通信ではパケットロスが頻発する事が分かり、衛星間切替を可能な限り低減する事の重要性を明らかにした。2年目は、シミュレータns3-leoを用いて、現状のハンドオーバ発生頻度、及び今後の予測を行い、性能改善を実現するための経路制御を提案し、有効性を検証することができた。最後に(3)は、R6年度より、課題1で作成した「全球電離圏時空間変動モデル」によって推定される電離圏揺らぎに対し、課題2で考案した適切な輻輳・経路制御アルゴリズムに適応的に対応する手法を考案・実装する予定である。Outline of Research at the Start:本研究では、高効率性と高耐障害性を具備する低軌道衛星通信システムの実現を目指し、以下の3つの課題に取り組む。まず、(1)電離圏時空間変動モデルとデータ同化技術を活用して電離圏揺らぎを推定する。更に(2)低軌道衛星通信システムに適した輻輳制御を比較・予測し、通信性能予測モデルを構築する。最後に、(3)予測した電離圏揺らぎに適切な輻輳制御アルゴリズムに適応的に切り替える手法を提案・実装し、長期間の実験を通じて季節変動への耐性も検証する。