自律的無線ネットワークによる被災情報提供システム～避難所間ネットワーク構築技術～

(1)

自律的無線ネットワークによる被災情報提供システム

～避難所間ネットワーク構築技術～

サブグループ・I

担当

山口大

松野

浩嗣

広島国際大

重安

哲也

(2)

サブグループ検討課題：避難所間ネットワーク構築技術の開発

z

課題１：避難所間ネットワーク構築手法の検

討

z

ローカルネットワーク

z

局所地域における面的利用ネットワーク

z

各局所地域内の避難所間を相互接続する

z

無線LANアクセスポイントの配置手法の確立

z

基幹ネットワーク

z

中・広域地域間での線的利用ネットワーク（回線）

z

ローカルネットワーク間を相互接続する

z

基幹基地局の設置手法の確立

(3)

サブグループ検討課題：避難所間ネットワーク構築技術の開発

z

課題２：無線チャネル自動設定手法の確立

z

無線機間の電波干渉（パケット衝突）を軽減す

るチャネル割当手法

z

キャリアセンス（搬送波検知）型送信制御方式での

隠れ端末の影響を軽減する

(4)

課題１：避難所間を接続するためのネットワー

ク構築手法の検討

(5)

山間部

避難所間ネットワーク構築技術

市街地（都市中心部）

平野部

島嶼間（周防大島町）

災害対策本部

・・・ローカルネットワーク

・・・基幹ネットワーク

(6)

避難所間ネットワーク構築技術

市街地（都市中心部）

平野部

島嶼間（周防大島町）

災害対策本部

・・・ローカルネットワーク

・・・基幹ネットワーク

山間部

ローカルネットワーク

（局所無線ネットワーク）

•

• 災害発生後に小規模

災害発生後に小規模

の避難所

の

避難所間で

間で無線ルータ

無線ルータ

で自律的

に構築する

無指向性アンテナ

(7)

山間部

避難所間ネットワーク構築技術

市街地（都市中心部）

平野部

島嶼間（周防大島町）

災害対策本部

・・・ローカルネットワーク

・・・基幹ネットワーク

基幹ネットワーク

（広域無線ネットワーク）

•無線LANを用いて

『避難所間無線ネットワーク』

を構築する

•ネットワークのバックボーンとなる

基幹ネットワーク

•災害発生前に耐震性の高い避難所間であらかじめ構築する

指向性アンテナ

(8)

無線システム各規格

（引用元資料：ワイヤレス・ブロードバンドシステムと活用事例（中国総合通信局無線通信部））

方式地域WiMAX 無線LAN（Wi-Fi) 高出力無線LAN IEEE規格 802.16e-2005 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 802.11j

周波数帯 2.575～ 2.595GHzのうちの10MHz 5.15～5.35GHz （屋内利用） 5.47～5.725GHz （屋外利用可） 2.4～2.4835GHz 2.471～2.497GHz 2.4～2.4835GHz 802.11a, g, jと同じ（5.03～ 5.091GHzを除く） 4.9～5.0GHz 5.03～ 5.091GHz 空中線電力 FB：20W以下 ML：0.2W以下 10mW/MHz 10mW/MHz 10MW/MHz 20MHz幅はa, g, j と同じ．40MHz幅はその1/2 50mW/MHz 250mWが上限最大伝送速度下り：20.47Mbps 上り：11.52Mbps （10Mhz幅） 54Mbps （20MHz幅） 11Mbps 54Mbps （20MHｚ幅） 150～600Mbps （40MHｚ幅， MIMO） 54Mbps （20MHｚ）通信距離数Km 100m程度 100m程度 100m程度 100m程度数Km 周波数利用専用共用共用共用共用共用免許制度要免許不要不要不要不要登録制

ローカルネットワーク用

基幹ネットワーク用

(9)

避難所間を接続するネットワーク構築手法

z

避難所間ネットワーク設置プラン生成

z

被災想定地区の避難所データに基づき，以下

を決定

z

基幹・ローカル各無線基地局の選定

z

指向性アンテナのビーム構成方向の決定

※避難所データ・・・耐震性，収容人数，地理条件

(10)

標高差

hd

ijij

避難所

i

避難所

j

障害物

k

標高差

hd

’

_ik_ik

距離

d

_ij_ij

距離

d

’

_ikik

ⅱ

）

d

_ijij

≦

Dmax

でも

避難所同士の

LOS

が取れない

提案アルゴリズム（案）の概要（１/４）

1. 避難所間の山・建物の無線通信の障害を考慮して，避難所間の無線リンクの通信可否

を判定

Dmax

・・・

無線ルータの最大伝送距離

LOS・・・Line Of Sight．見通し内伝搬

ⅰ

）

_d

d

_ij_ij

≦

_Dmax

Dmax

かつ

避難所同士の見通しが

利く

標高差

hd

_ij_ij

避難所

i

避難所

j

_j

障害物

_k

k

標高差

hd

’

_ik_ik

距離

_d

d

_ij_ij

距離

d

’

_ikik

避難所

i

避難所

j

距離

d

ij_ij

ⅲ

）

d

_ij_ij

>

Dmax

ⅰ

）の場合は

接続

可能

⇒

避難所間の重み

_w

_ij

₌

_d

_ij

ⅱ

），

ⅲ

）の場合は

接続

不可能

⇒

避難所間の重み

w

_w

_ij

=

∞

(11)

最短経路

a

b

d

b

a

e

a

d

b

d

e

b

a

e

c

_c

c

e

c

d

a

b

c

e

d

提案アルゴリズム（案）の概要（２/４）

2. 避難所を幹線基地局，支線基地局，ネットワークに含まない避難所の3種類に分類

する

z

どの避難所を基幹・ローカル基地局のどちらに設定するかを決定する

z

幹線基地局

...中継回数r

_i

が多い避難所（中継地点となる避難所）

z

支線基地局

...収容可能人数num

_i

が多い避難所（収容人数を重視）

避難所

a

_a

b

c

d

e

Dmax

= 5

w

_ab

= 3

2

3.5

1.5

1

2

2 2+5

2+5

1

1 .5+5

.5+5

6

5.5

5.5 r

r

_a

= 0

r

_c

= 0

r

_d

= 4

r

_b

= 0

r

_e

= 4

Rmin

= 4

num

_a

= 80

NUMmin

= 80

num

_c

= 100

num

_b

= 50

各避難所の最

短経路を求める

各避難所の中継

回数

_r

r

_i_i

を求める

※

Rmin

_Rmin

は最小中継回数（任意指定）

※

NUMmin

は最小収容可能人数（任意指定）

ダイクストラ法を用いる

(12)

提案アルゴリズム（案）の概要（３/４）

3. 幹線基地局の経路構成（

幹線ネットワーク

）を決定する

z

最短で閉路のない経路を決定するため

3.5

3.5 w

w

_ab

=3

2.5

4

4 Dmax = 5

Dmax = 5

a

c

b

d

e

3.5

4

4 a

a

c

b

d

e

6

6 2+5

2+5

4+5

4

2.5

4

4 w

w

_ab

=3

①

②

③

④

クラスカル法を用いる

(13)

提案アルゴリズム（案）による

ネットワーク設計プランの生成例（GIS表示）

山口市周辺での生成例

Dmax

(14)

サブグループI・課題１：平成20年度の検討計画

z

提案アルゴリズムのブラッシュアップ

z

耐震性

を考慮した基幹基地局の選定基準の導入

z

よりロバストな基幹ネットワークを構成することで，ネットワーク

全体の信頼性向上を検討

z

現実的なモデルネットワークの構築作業

z

山口市をモデル

とする現実的なネットワークを構築する

ために必要な作業を行う

z

公共の避難所情報，地形情報の収集・入力作業

z

上記データに基づき，避難所間の通信可否を調査

(15)

(16)

無線LANでの送信制御

～データ送信前に周りが通信していないかを確認する方式

[1] 送信端末は一定範囲内をキャリアセンスする．

[2] 他の端末が通信をしていない場合，通信を開始する．

[3] 受信端末はDataを正常に受け取った場合，Ackを返す．

Data

Ack

_Ack

待機

DIFS

Data

SIFS

S

R

Ack

time

O

キャリアセンス

バックオフ時間

送信待機

time

S

_R

O

(17)

送信端末の通信範囲外の端末にはキャリアセンスが機能しない

Data

DIFS

Data

S

R

time

H

キャリアセンス

バックオフ時間

送信待機

time

S

_R

H

妨害

送信

妨害

送信

妨害送信

衝突

隠れ端末問題は，

CSMA系MACのス

ループットを大きく低下さ

せる原因となる

避難所間ネットワークで

は隠れ端末は非常に多

く存在する

無線LANでの電波干渉問題

～隠れ端末問題

(18)

無線チャネル自動設定手法

•各無線基地局の通信可能範囲を考慮し，無線チャネルを割当

•隠れ端末を生じさせない無線チャネル割当

• 2つ以上の無線セルに所属する基地局には，セル数に応じた無線IFを実装

無線セル１

（チャネル１）

無線セル２

（チャネル２）

(19)

サブグループI・課題２：平成20年度の検討計画

z

提案アルゴリズムの確立

z

隠れ端末なし

の無線チャネル割当手法

z

提案アルゴリズムの性能評価

z

計算機シミュレーションにより通信性能を評価

z

隠れ端末なしによる通信スループット向上効果について検討

(20)

(21)

島嶼地域における高出力無線ＬＡＮ等の利活用技術に関する調査検討

（総務省中国総合通信局：座長・吉田教授（広島市立大））

z

広島湾（呉湾）近郊の島嶼間のデジタルデバイド解消

z

高出力無線LAN（IEEE802.11j）を使用

z

最大無線区間距離・・・・約10km

z

公共利用，生活支援，インタネット利用を想定

（主に常時利用を想定）

z

島嶼間を航行する船舶に対するネットワークアクセス提供も考

慮

z

12月近辺に，呉ポートピア（公園）にて，実証実験を公開する

予定

＜参考情報URL＞

http://www.cbt.go.jp/hodo/2008/2008ki053-1.html

(22)

(23)

災害発生時の緊急情報伝達/安否確認を行う

双方向型減災コミュニケーションシステム

（NTTデータ）

z

防災無線を受信し，音声情報を各家庭に放送する

z

被災者は，ボタンを押すことで，災害対策本部等へ向けた情報発信が可能

z

クライアントからの情報発信は，特定小電力無線により実現

＜資料出典：NTTデータ

http://www.nttdata.co.jp/release/2007/100500.html＞

自律的無線ネットワークによる被災情報提供システム ～避難所間ネットワーク構築技術～