モバ

イルアクセス系

アーキテクチャ

の研究状況

～N

erve

Netと

IDロケータ分離

～N

erve

Netと

IDロケ

タ分離

井上

真杉

、ベド

カフレ、梅

澤猛

、

大西

真晶

、李

睿棟

、大

和田

泰伯

ユニバーサルアクセスプロジェクト

ユニバ

サルアクセスプロジェクト

ネットワークアーキテクチャ

G新世代ネットワーク研究センター

2010

年8月

16日

新世

代ネ

ットワ

ーク

ワー

クシ

ョッ

プ

新世

代のモバ

イルアクセス系

研究

の視

点•

何を接続して何をするためのネットワークか？

–既

存携

帯の

延長

とは

異な

る方

向性

速度

とは

別の

軸「質

」追究

⇒イ

ン既

存携

帯の

延長

とは

異な

る方

向性

、速

度と

は別

の軸

「質」追

究⇒

イン

フラ

型セ

ンサ

ネッ

ト、高

セキ

ュリテ

ィセ

ンサ

デー

タ流

通、柔

軟な

セン

サデ

ータ

活用

プラ

ットフ

ォー

ム

⇒N

erve

Net

•どのようなネットワークが相互接続されるのか？

–ニ

ーズ

、ア

プリケ

ーシ

ョン

、地

域特

性、端

末特

性の

多様

性に

基づ

いて

多様

なネ

ットワ

ーク

が出

現⇒

それ

らを

相互

接続

する

のが

新世

代の

役目

のひ

とつ

のひ

とつ

⇒H

IMAL

IS（ID

ロケ

ータ

分離

）

グローバル新世代ネットワーク

ホームネット

センサネット

ITSネット

IPネット

1

既存センサネットのモデル

•なぜセンサ同士を無線

相互接続するのか？

•どのように？

•なぜ貴重な生データを

まるめてしまうのか？

•どのような経路で、

どのように安全に

データを伝達し格納

するのか？

センサ

群

センサデータ

集約装置

ネットワーク

？？

？？

•どのような手段でネット

既存アクセス回線

Aky

ildiz

et a

l. A

surv

ey o

n se

nsor

net

wor

ks. I

EE

E C

omm

unic

atio

ns …

(200

2)

のような手段でネット

ワークに接

続するの

か？

•適切

コストか

？•一

斉同

報など可

能か

？

2

Ner

veN

etとは

センサ

で感

知した気

象、交

通、災

害、防

犯、電力

使用

状況

等の地

域事

象に

基づいて地域や住民が求める情報やサービスを多様なプレイヤが提供でき

る神

経網

として機

能するインフラストラクチャ

サービス提

供サ

ビス提

供官

によ

る公

共・公

的サ

ービ

ス民

間企

業に

よる

多様

サー

ビス

セン

サと

ネッ

トを

共有

ネットワーク構

築・運用

官民

共同

or官

単独

or民

単独

自治

体、地

域NPO、地

域情

報通

信企

業、

地域

ディ

ベロ

ッパ

ー、

基地局

移動端末

地域防災・公

共物

監視センター

地域住民

見守りセンター

地域健康

保健センター

地域交通

情報センター

基地局

基地局

さまざまなプレイヤがネットワークとセンサを共有しながら多様

なサービスを提供

サーバ

サーバ

サーバ

地域農業

効率化センター

地域経済

活性化センター

地域詳細

気象センター

サーバ

基地局

サーバ

基地局

サーバ

基地局

サーバ

3

アミュ

ーズ

メン

ト施

設、

地域

業界

団体

サービスの特徴

各サ

ービ

ス市

場規

模は

小さ

い地

域毎

のカ

スタ

マイ

ズ必

要地

元密

着企

業に

有利

タグ

配布

回収

等の

周辺

業務

によ

るビ

ジネ

ス拡

大に

期待

センサ

センサ

無線または有線接続

基地局

外部網への接続

センサ

基地局

サーバ

基地局 住

民住居

インフラ未整備地

区の通

信確

保、ダ

ム・河

川等の監視

農業・酪

農の効

率化・品

質向上・

盗難防止

児童・高

齢者見守り

中小店舗による

ターゲット広

告詳細な気象・交

通情報モニタリング

健康

アドバイス、

体調異常監視

Ner

veN

etは何をもたらすのか

プラット

センサとネットを共有

⇒インフラ相対コスト低減

⇒多

様な組

織体

による構

築・運

用と多

彩なサ

ービス

プラット

フォーム 自

動、簡

単、

頑強

自立、

安全

4

地産地消型データの地域内流通

⇒膨

張バ

ックボーントラヒックの根

本的

抑制

重要

な地

域・個

人センサ

データの地

域内

保存

⇒安全確保、外部との意識的流通

端末

-基

地局

（接

続時

）と端

末-端

末（通

信時

）の

２重

認証

電源投入するだけでネットワーク全体の構築完了

基地局だけで端末管理、通信管理、配信

コンテンツ管理

個人特定情報を使わない属性ベースの情報自動配信

故障・災

害時にも自動で通信経路切替、網再構築

プラットフォーム性

、自

立性

、安

全性

BS

BS

アプリケー

ションソフト

情報

サーバ

(CS

G)

Aさん自

宅

タグ

センサカメラ

Ner

veN

etセンサ

・セル

(センサとの通信範囲

)

A

1端

末接

続時

とア

プリケ

シン

通信

時の

２重

認証

で情

報が

トン

ネル

伝送

ションソフト

モバイル端末認証トンネル（センサ情

報）

モバイル端末認証トンネル（アプリ情報）

タグリーダ

センサ

GW

携帯

情報

端末

モバイル端末認証トンネル（センサ情

報）

モバイル端末認証トンネル（アプリ情報）

BS

CS

G :

Com

mun

ity S

ervi

ce G

atew

ay

アプリケー

ションソフト

情報

サーバ

(CS

G)

Bさん自

宅

B

A

BS

1.

端末

接続

時と

アプ

リケ

ーシ

ョン

通信

時の

２重

認証

で情

報が

トン

ネル

伝送

2.

共用

セン

サか

らの

情報

をユ

ーザ

毎に

異な

る宛

先へ

伝送

可能

⇒プ

ライ

バシ

を確

保し

て自

分用

サー

ビス

を自

分サ

ーバ

でも

実行

可能

⇒異

なる

サー

ビス

提供

者が

リソ

ース

共有

して

低コ

ストに

サー

ビス

提供

5

サーバ

インターネット

オープン系アクセス網

端末

SSL/

IPse

cなどの

VPN技

術

Rou

ter

Rou

ter

認証

Fire

wal

lイ

ンタ

ーネ

ット

コネ

クシ

ョン

レス

型⇒

ユー

ザ認

証に

よる

アク

セス

コン

トロ

ール

エン

ド端

末依

存⇒

端末

での

セキ

ュリテ

ィ対

策や

ファ

イア

ウォ

ール

が必

要

Ner

veN

etの特

徴データ分

散管

理レイヤ

•BSに

DBと

情報

処理

機能

を搭

載、

全BSで

情報

共有

•情

報1: 端

末登

録情

報・所

在情

報⇒

端末

接続

時の

認証

、通

信相

手先

探索

、端

末移

動制

御

BSBS

BS

BSBS

BS

端末登録

プッシュ配信

端末

登録

情報

・所

在情

報

地域

情報

・人

気コ

ンテ

ンツ

認証

、通

信相

手先

探索

、端

末移

動制

御

•情

報2: 地

域情

報や

人気

コン

テン

ツ⇒

属性

にマ

ッチ

する

情報

を端

末へ

自動

プッ

シュ

、効

率的

情報

流通

制御

管理

レイヤ

•BSに

よる

通信

接続

制御

・管

理

•BSに

よる

端末

接続

時の

認証

•複

数セ

ンサ

-端

末-複

数サ

ーバ

にトン

ネル

設定

伝送

レイヤ

•BSに

よる

自律

分散

経路

制御

＋初

期設

定サ

ーバ

によ

BSBS

BSBS

BS

BSBS

BS

連携

制御

連携

制御

BSに

よる

自律

分散

経路

制御

＋初

期設

定サ

バに

よる

初期

経路

算出

のハ

イブ

リッ

ド型

⇒動

的無

線環

境で

の高

速な

網設

定完

了と

安定

高速

な経

路制

御

•代

替経

路含

む複

数経

路を

自動

設定

•リン

ク障

害時

に高

速切

替

•高

効率

パケ

ット拡

散通

信プ

ロトコ

ル

物理

リンクレイヤ

•周

辺BSと

の有

無線

リン

ク状

況の

自動

認識

と上

位と

連携

した

通信

経路

自動

設定

6

BSBS

BS

BSBS

BS

BS

BSBS

BS

連携

制御

BS1

BS7

BS7

BS1

Ch

100

伝送レイヤ性能

BS5

2hop

2hop

2hop

3hop

19.3

Mbp

s

19.4

Mbp

s

19.3

Mbp

s

12.4

Mbp

s

BS6

roof

top

2nd

floor

BS5

BS6

Ch

104

Ch

128 C

h11

6

Ch

132

Ch

112

BS4

BS2

1hop

1hop

12.4

Mbp

s20

.4M

bps

19.3

Mbp

s

BS3

0m

Ch

108

Ch

124

BS3

BS4

BS2

Ch

132

100m

NIC

T小金

井本

部の

俯瞰

図。

BS1

, 2は

屋上

設置

。B

S3～

7は２階屋内に設置。

5GH

z帯（W

56規

格）

で接

続。

UD

Pのスループット測定結果。

BS

3⇒B

S2⇒

BS

1の

2ホップ、

BS

3⇒B

S4⇒

BS

5の2ホ

ップ、

BS

3⇒B

S4⇒

BS

6⇒B

S7の

3ホップ、いずれも

ホップによる顕

著な低

下は

無い。

7

NM

基地

局間

高速

同期

性能

登録

SIP

レジスト

NID=9

NID=2

NID=5

②認

証/更

新

基地

局＜BSID=1＞

Aliv

e

13

12

12

14

14

12

13

14

13

NM

BS_1

BS_2

BS_3

BS_4

BS_5

BS_6

BS_8

BS_9

BS_10

BS_

7

NID

=9

NID

=2

NID=5

NID

=1

NID

=22

NID

=13

NID

=8

NID

=12

NID

=25

My

BS T

able

BSID

=1

BSID

=2

BSID

=3

Oth

er B

S T

able

①SIP

接続要求

③Bro

adca

st送

信｛BSID

=1

NID

=5

Cre

ate｝

移動

端末

BS T

able管

理機

能

網内

端末

情報

網内

端末

情報

同期

転送

機能

＜受

信＞

他BS

④Bro

adca

st受

信｛BSID

=3,N

ID=

25,C

reat

e｝

数字は

ミリ秒

基地

局数

10

有線

接続

端末

1台

がBS_1に登録

端末

情報

がBS_1から各

BSへ

同期

転送

片寄

り無

し、12～

14ミリ秒

｛BSID

=1,N

ID=

5,C

reat

e ｝

網内

端末

情報

同期

転送

機能

＜送

信＞

他BS

数字は

ミリ秒

8

NM

BS_1

BS_2

BS_3

高速

経路

切替

性能

54

45

53

NM

BS_1

BS_2

BS_3

1リンク切

断2リンク切

断

55

56

59

60

56

64

70

56

54

53

BS_4

BS_5

BS_6

BS_8

BS_9

BS_10

BS_7

54

51

45

54

53

58

51

57

50

56

49

44

57

58

55

65

50

49

56

56

BS_4

BS_5

BS_6

BS_8

BS_9

BS_10

BS_7

数字

は秒

リンクA

リンクB

基地

局数

10

有線

接続

BS_2と

BS_5の間のリンクを切断

各BSの経路変更完了時間（ミリ秒）

最大

で70ミリ秒（B

S_7）

片寄り無し

65

956

BS_2-B

S_5間リンク

(A)、

BS_6-

BS_9間リンク

(B)を

ほぼ同

時に切

断上

段：A切

断後

の経

路変

更完

了時

間下

段：B切

断後

の経

路変

更完

了時

間特別な増加、片寄り無し

理論

的に

60ミリ秒×

2程度で完了

数字

はミリ秒

9

耐障害性能

既存アクセス回線、インターネットとの比較

IXIX

ISP

ISP

ISP

IXIX

ISP

ISP

ISP

インターネット

Ner

veN

et

携帯メール

24.8

%が「全

く使

えない」※

1

基地局やアクセス回線が破損

しても稼動基地局のみでネット

災害による回線切断

・輻輳により

83%が

ISP

ISP

ISP

ISP

ISP

ISP

ISP

ISP

ISP

ISP

学校

企業

家庭

基地

局

基地局

基地局

基地局

基地局

基地局

基地局

基地局

基地局

携帯

無線

LANホットスポット

ワーク維持・運

用可能

災害による回線切断

輻輳により

83%が

「固

定電

話が全

く使

えない」※

1

災害による停波・輻

輳により

63%

センサ

センサ

基地局

センサ

基地局

基地局

•インターネットは建

造物

までの「点

」展

開

•インターネットや

既存

無線

アクセスはツリー型

ハイアラーキ⇒

端末

からネットワークへ

のアクセ

ス経路は

1つ(原

則)

•アクセス網

にサ

ーバ

を置

けない

センサ

センサ

センサ

•「横

展開

」して低

コスト、省

電力

にセンサ

を収

容

•内部

にサ

ーバ

接続

可能⇒

低遅

延、高

セキュリ

ティ、サービス展開の自由度大

•インターネットと多

地点

で相

互接

続

ローカルに完結したクラウドは

災害時でも常時利用可能

※1 中

越地

震時

のデータ（科

学未

来戦

略ワークショップ報

告書

ディペンダブル

ネットワークより）

が「携

帯通

話が全

く使

えない」※

1

被災地内の通話も困難

10

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

Ner

veN

etの潜在能力

BS•あ

るBS

を起

点に

ツリ

経路

を生成

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BS …

•10端

末/B

S•1カメラ

/BS

•16k

B/撮

影

トタルで

ツリー経

路を生成

•すべての

BSに対

して実

行

•リンク当たり平

均55

経路

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

BSBS

トータルで

•端末

1000

台•カ

メラ

100台

10 B

S ×

10 B

S

リンク帯域

10M

bps以

内で上

記配

信が可能

⇒マルチポイントーマルチポイント通

信が得

意⇒

今後

のセンサ

ネット、

M2M

、In

tern

et o

f Th

ingsの基

盤11

Ner

veN

etの意

義センサ

ネットワークのポイント

•センサ

データの活

用が鍵

⇒アプリケーション出現

⇒IC

Tによる生活高度化

•アプリ毎に独立したセンサ群整備

は不経済で事実

上不可能

アプリ毎に独立したセンサ群整備

は不経済で事実

上不可能

•広域に整備されるセンサ群を効率的にネットワークに接続し、それらを共有する仕組

み（プ

ラットフォーム）が

必要

•アプリケーションごとに安全に情報を管理できることが必要

既存技術

•インターネットではセンサを複数アプリで共有できない（光

/DSL

/携帯の

PPPト

ンネルの

制約）

固定回線を必要とする無線

LANでは

リア展開

が容易

でない

•固定回線を必要とする無線

LANではエリア展開

が容易

でない

Ner

veN

et

•データベース内

蔵基

地局

群が通信

制御

と端

末情

報管

理を行

う新

しいアーキテクチャ

•多

数のセンサ

を複

数のアプリケーションで共

用する仕

組み

を提

供

•基

地局

同士

の横

展開

型でエリア展

開が容

易、センサ

と端末

を効率

的に収

容

12

性能

評価

とアプリケーション実

験（リアル

タイム

広告

配信

アプリを総

務省

SCO

PEで受託研究開発）を北

海道岩見沢

市等

と連

携して行

うため、前

半に小

金井

で事

前実

験を実

施し、後

半に同

市に装

置を設

置して技

術実

証実

験、技

術

本年度

の計

画

NIC

T

人口

9万人

世帯

4.2万

面積

481k

m2

人口

密度

189人

/km

2

有効

性確

認・改

良を計画。

複数のセンサ

SCO

PE実

験（地

域適

応広

告配

信）

連結

連動

基地

局

DB

13

パナソニック殿実施中

高齢

者見

守り実

証実

験

北海

道岩

見沢

市

NIC

TN

erve

Net

大規模環境での検証

連動

ID/ロ

ケータ分

離ネットワーク

–Ro

ugh

pict

ure

–•S

essi

on (p

acke

t) id

entif

icat

ion

by ID

s

Vario

us

loca

tor

Vario

us a

pplic

atio

ns

Com

mon

ID s

pace

ID/lo

cato

r m

appi

ng

reco

rds

•Het

erog

eneo

us L

3 ne

twor

ks s

u ppo

rt

14/3

0

通信方式が異なるネットワーク

(IP, n

ew p

roto

cols

)

loca

tor

spac

es

pp•L

3 pr

otoc

ol

inde

pend

ent m

obilit

y,

mul

tihom

ing,

sec

urity

su

ppor

t

•Rou

ting

by lo

cato

rsセンサネットワーク

14

ID/ロ

ケータ分離機構の概要

ID

Tran

spor

t

Appl

icat

ion

Bind

ing

ID(s

) an

d Lo

cato

r(s)

Tran

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t

Appl

icat

ion

Phys

ical

Dat

a lin

k

Net

wor

k

Hos

tBo

rder

Rou

ter

Hos

tLi

nkLi

nk

Loca

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Iden

tity

Phys

ical

Dat

a lin

k

Net

wor

k

Iden

tity

Phys

ical

Dat

a lin

k

Net

wor

k

Iden

tity

Loca

tor

Com

mon

iden

tity

laye

rN

etw

ork

laye

r in

depe

nden

t tra

nspo

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nd u

pper

laye

r fu

nctio

nsH

eter

ogen

eous

net

wor

k la

yer

prot

ocol

s su

ppor

ted

Exis

ting

IP n

etw

ork

IP a

ddre

ss a

s bo

th h

ost

ID a

nd lo

cato

rLi

mita

tions

on

supp

ortin

g he

tero

gene

ous

netw

ork

laye

r pr

otoc

ols

and

loca

tors

, mob

ility

and

mul

tihom

ing,

sca

labl

e ro

utin

g, a

nd t

raff

ic e

ngin

eerin

g.15

研究課題

1.ID

sco

nfig

urat

ion

2ID

tolo

cato

rm

appi

ngre

cord

sst

orag

ean

ddi

strib

utio

n2.

ID t

o lo

cato

r m

appi

ng r

ecor

ds s

tora

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168.

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17

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R)

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18

実験システム構成

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RD

NR

DN

R

DN

RD

NR

DN

R

DN

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GW

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IDR

IDR

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GLo

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GLo

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CLo

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CLo

c-3

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t.go.

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Mob

ility

19

まとめ

接続

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デバ

イス

、ネ

ットワ

ーク

が提

供す

る価

値、多

種多

様性

に着

目し

て、

2020年

代の

モバ

イル

アク

セス

系ネ

ットワ

ーク

を発

想。下

記技

術の

基本

評価

を実

施中

。検

証や

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ッシ

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ップ

に関

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等を

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きた

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、処

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ンタ

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頼ら

ずに

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ーク

。耐

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クの

上で

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タ管

理機

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稼働

。ネ

ットワ

ーク

の構

築・運

用と

その

上で

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動通

信、セ

ンサ

デー

タに

基づ

く状

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応型

サー

ビス

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イヤ

が容

易に

行うた

めの

技術

。実

環境

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基本

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検証

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てい

く。

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IMAL

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Dロケ

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エッ

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定し

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ホー

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グ、セ

キュ

リテ

ィ、ル

ーテ

ィン

グを

実現

する

相互

接続

プロ

トコル

。基

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設計

と評

価を

実施

。今

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キュ

リテ

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グを

研究

。実

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ナリオ

が課

題。

•関

連情

報はこちら

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ag.n

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s/20

関連文

献1.

NIC

Tネットワークアーキテクチャグループ

ユニバーサ

ルアクセスプロジェクト

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s/2.

“5.5

センサ

情報

流通

と地

域・個

人適

応サ

ービスを志

向したモバ

イルアクセスアーキテクチャ

,” AK

ARI概

念設計書

, 20

09年

8月.

NerveNet

1.“無

線論

理メッシュパ

スに基

づくコミュニティ通

信サ

ービスプラットフォーム

,” AN

2007

-26,

200

7年8月

.2.

“マネージド無

線メッシュによるセンサ

プリケーションプラットフォーム

,” U

SN20

08-5

5, 2

008年

10月

.3.

“無線

メッシュ網

のネットワークトポロジを基

にした性

能評

価モデルに関

する検

討,”

AN20

08-4

5, 2

008年

10月

.4

“マルチチャネル無線メッシュ網における複

数経路

による適

応負荷

分散法

の検討

”AN

2008

-53

2008

年12

月4.

マルチチャネル無線メッシュ網における複

数経路

による適

応負荷

分散法

の検討

, AN

2008

-53,

200

8年12

月.

5.“コ

ンテキスト適

応サ

ービスのための地

域ネットワークアーキテクチャ

,” U

SN20

08-6

4, 2

009年

1月.

6.“ユ

ビキタスセンサ

ネットワークにおけるビジネス展

開,”

USN

2008

-66,

200

9年1月

.7.

“コンテキスト適

応サ

ービスを実

現するセンサ

・モバ

イル端

末・ネットワーク連

携アーキテクチャ

,” M

oMuC

2009

-3, 2

009年

5月.

8.“地

域・個

人適

応サ

ービスの実

現を目

指すユビキタスセンサ

ネットワークプラットフォーム～

新世

代ネットワークを担

う新

しいモバ

イルの世

界～第

1部,” 情報処理

, vo

l. 50

, no.

9, p

p.89

5-90

5, S

ept.

200

9.9.

“分散

処理

・制

御アクセスネットワーク

Ner

veN

etによるインタラクティブ広

告配

信アプリケーション

,” M

oMuC

2009

-70,

201

0年1月

.10

.“地

域情報共有通

信網

Ner

veN

etの分

散型

情報

処理

プラットフォーム機構

,” IN

2009

-195

, 201

0年3月

.11

.“N

erve

Netの分

散基

地局

情報

同期

による端

末移

動制

御,”

MoM

uC, 20

10年

5月.

12.

“A N

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IEEE

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C, A

pr.

2009

. 13

.“S

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IEEE

WCN

C, A

pr.

2010

.14

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010.

15.

“Fas

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,” to

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. 20

10.

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IEEE

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