DEIM Forum 2014 C9-1
性質の異なる複数ロボットの移動協力による
リンクアグリゲーション通信の制御と評価
野田 勇人
†村瀬 勉
‡笹島 和幸
‡東京工業大学 〒152-8550 東京都目黒区大岡山 2-12-1
E-mail: †[email protected], ‡{murase, sasajima}@mei.titech.ac.jp
あらまし 移動可能なロボットや移動センサなどのデバイスを用いたセンシングが盛んになっており、所望の地 域を調査する場合、複数のノードが分散してなおかつ協調し合うことにより、効率的に、また新たな価値を生み出 すような調査が可能になってきている。さらに、LTE や無線 LAN などの無線通信技術の発展により、ロボットが収 集している情報を蓄積するのみならず、通信回線で遅滞なく所望の相手に送ることが可能となっている。このとき、 ロボット自身の所有する通信回線容量よりも多くの情報を送りたいという状況においては、他のロボットとの協働 が必要になる。本研究では、個々のロボットの調査活動と、協働による調査活動のバランスを最適にとるような最 適化問題を提案し、その問題の特性を評価する。 他のロボットに情報転送を依頼する場合、ロボット間通信に用いている無線 LAN の特性から、ロボットが移動 して近接し、高速な通信を行う必要があるが、ロボットは移動すると、自己の調査活動が疎かになる。これらを協 働のゲインと移動コスト、と捉えて最適問題を解き、問題の特性を明らかにする。 キーワード モバイルネットワーク，無線通信，性能評価
Optimal Control and QoS Characteristics of Cooperative Moving
Heterogeneous Multi-Robots with Wireless Link Aggregation
Yuto NODA
†, Tutomu MURASE
‡, Kazuyuki SASAJIMA
‡Tokyo Institute of Technology Ookayama 2-12-1, Meguro-Ku, Tokyo 152-8550 Japan
E-mail: †[email protected], ‡{murase, sasajima}@mei.titech.ac.jp
1. は じ め に
分 散 し て 存 在 す る ノ ー ド 間 で 協 調 し 合 う こ と に よ り 、 新 た な 価 値 を 生 み 出 す よ う な シ ス テ ム が 様 々 な 分 野 で 研 究 さ れ て い る 。 た と え ば 、 移 動 可 能 な ロ ボ ッ ト や セ ン サ な ど の デ バ イ ス を 用 い た セ ン シ ン グ が 盛 ん に な っ て い る 。 特 に 、 被 災 地 、 毒 ガ ス 発 生 地 域 、 地 雷 埋 設 地 域 な ど 、 人 間 が 入 る こ と が で き な い よ う な 地 域 で 利 用 さ れ る こ と が 増 え て お り 、 今 後 ま す ま す 需 要 が 高 ま る と 予 想 さ れ る 。 さ ら に 、 無 線 通 信 技 術 の 発 展 に よ り 、 ロ ボ ッ ト が 収 集 し て い る 情 報 を 蓄 積 す る の で は な く 、 通 信 回 線 で 、 所 望 の 相 手 に 送 る こ と が 可 能 と な っ て い る 。3G/LTE 通 信 は 、日 本 で は 、ほ と ん ど す べ て の 地 域 で 可 能 で あ り 、 LTE の よ う に 最 大 100Mbps と い う ブ ロ ー ド バ ン ド 通 信 も 可 能 と な り つ つ あ る 。 た だ し 、 マ ク ロ セ ル 技 術 を 用 い る 3G/LTE は 、 多 数 で １ つ の 周 波 数 帯 を 共 有 す る た め 、 一 人 あ た り の 実 質 の ス ル ー プ ッ ト は 、 数 Mbps と い う 低 速 で あ る こ と が 多 く 、 高 精 細 な 動 画 像 な ど を 容 易 に 送 る ま で に は 達 し て い な い 。 こ の よ う な 回 線 を 、 た と え 複 数 本 搭 載 し た と し て も 、 自 身 の 所 有 す る 通 信 回 線 容 量 よ り も 多 く の 情 報 を 送 り た い と い う 状 況 が 想 定 で き る 。 例 え ば 、 ロ ボ ッ ト の カ メ ラ を 通 じ て 遠 隔 地 か ら 動 画 像 を 見 て い る 場 合 に 、 気 に な っ た 物 体 を よ り 高 精 細 に 見 た い 場 合 で あ る 。 こ の 場 合 、 高 精 細 動 画 像 を 送 る に は 、 通 信 回 線 容 量 以 上 の 帯 域 が 必 要 で あ る か も し れ な い 。例 え ば 、ハ イ ビ ジ ョ ン 画 像 は 、数 十 Mbps で あ る 。 し か し な が ら 、 稼 働 中 の ロ ボ ッ ト に 具 備 さ れ て い る 通 信 容 量 を 増 や す こ と や 一 度 設 計 制 作 し て し ま っ た ロ ボ ッ ト の 通 信 性 能 を 向 上 さ せ る 改 造 は 非 常 に 困 難 で あ る 。 そ こ で 、 稼 働 中 の ロ ボ ッ ト が 自 分 の 通 信 容 量 以 上 の 帯 域 の 通 信 を 行 い た い 場 合 に は 、 リ ン ク ア グ リ ゲ ー ショ ン 技 術 を 用 い て 、 そ れ を 実 現 す る 。 リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン と は 、 複 数 の 回 線 を 仮 想 的 に 1 本 の 太 い 回 線 と み な し て 高 速 通 信 を 実 現 す る 技 術 で あ る [1] こ の よ う な 技 術 背 景 の も と 、 本 研 究 で は 、 あ る 地 域 に て 、 複 数 の ロ ボ ッ ト が 手 分 け し て 調 査 活 動 を 行 う と い う シ ス テ ム を 想 定 す る 。 自 身 の 3G/LTE 回 線 以 上 の 多 大 な 情 報 (動 画 像 、デ ー タ )を 送 信 し た い ロ ボ ッ ト は 、 近 隣 の ロ ボ ッ ト に 通 信 協 力 を 依 頼 し 、 そ れ ら の ロ ボ ッ ト の 3G/LTE 回 線 を も 使 用 し て 、 す な わ ち 、 リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン を 用 い て 、通 信 を 達 成 す る 。こ の と き 、 近 隣 の ロ ボ ッ ト に 情 報 を 送 信 す る た め に 、 近 距 離 無 線 通 信 が 必 要 に な る 。 本 研 究 で は 、 安 価 で 容 易 に 入 手 で き る 無 線 LAN（ IEEE802.11 無 線 LAN） を 用 い る こ と と す る 。無 線 LAN は 、距 離 に 応 じ て 最 大 の ス ル ー プ ッ ト が 決 ま る た め 、 ロ ボ ッ ト は 、 お 互 い に 移 動 し て 、 あ る 程 度 近 づ く 必 要 が あ る 。こ の よ う な 移 動 協 力 に よ り 、 所 望 の 通 信 帯 域 を 得 る こ と が で き る [2][3]。た だ し 、移 動 す る た め の コ ス ト を 考 慮 す る 必 要 が あ り 、 本 研 究 で は 、 ロ ボ ッ ト は 、 割 り 当 て ら れ た 所 定 の 場 所 か ら 離 れ る ほ ど 、 コ ス ト が か か る 、 と す る 。 逆 に 、 移 動 協 力 し て 所 望 の 通 信 を 達 成 し た 場 合 に は 、 ゲ イ ン が 得 ら れ る と す る 。 本 研 究 で は 、 こ の と き の 、 コ ス ト と ゲ イ ン の 和 を 最 大 に す る こ と で 、 シ ス テ ム 全 体 を 最 適 化 す る 問 題 を 検 討 す る 。 こ れ ま で 、 距 離 を 移 動 コ ス ト と し て 考 え て 、 ゲ イ ン と コ ス ト の ト レ ー ド オ フ を 論 じ た 研 究 は あ っ た が 、無 線 LAN を 用 い る 場 合 に は 、複 数 の ノ ー ド の 通 信 が 干 渉 し 合 う こ と か ら 、 距 離 だ け を 用 い た 単 純 な 場 合 と は 、 問 題 の 質 が 異 な っ て く る 。 例 え ば 、 遠 方 の ノ ー ド は 協 力 を す る た め に 近 寄 る こ と で 、 返 っ て 全 体 の 性 能 を 低 下 さ せ て し ま う と い っ た 特 性 (Performance anomaly と 呼 ば れ る 品 質 劣 化 )が あ る た め 、必 要 な ノ ー ド を 必 要 な だ け 移 動 さ せ る こ と が 重 要 に な っ て く る 。 本 研 究 で は 、 最 適 な 移 動 方 法 に つ い て の 特 性 を 明 ら か に す る 。 以 下 、ま ず 、2 章 で は 、移 動 モ デ ル 、通 信 モ デ ル に つ い て 述 べ る 。 移 動 に は コ ス ト が 、 協 力 に は 特 別 な 報 酬 が も た ら さ れ る と 考 え 、こ れ ら を 3 章 で モ デ ル 化 す る 。 4 章 で は 、 目 的 関 数 、 制 約 条 件 な ど を 整 理 し て 、 最 適 化 問 題 を 定 式 化 す る 。 次 に 、 5 章 で は 、 所 望 の デ ー タ 量 を 送 信 完 了 す る 時 間 を 制 約 条 件 と し た 場 合 に つ い て 議 論 す る 。 こ こ で は す べ て の ロ ボ ッ ト の 性 能 ・ 仕 様 が 同 一 の 場 合 と 異 な る 場 合 の そ れ ぞ れ に つ い て 検 討 す る 。 6 章 で は 、 5 章 で 述 べ た モ デ ル を 定 量 評 価 す る 。 最 後 に 、 結 論 を 7 章 に て 述 べ る 。
2. 通 信 ・ 移 動 モ デ ル
本 研 究 で は 、移 動 可 能 な ノ ー ド が 適 当 に 分 散 し て 調 査 を 行 い 、 そ の 調 査 場 所 か ら 遠 方 に あ る 集 中 管 理 部 署 の よ う な 場 所 （ 以 下 、 セ ン タ ー 基 地 と 呼 ぶ ） へ デ ー タ を 転 送 し て い る よ う な 状 況 を 考 え る 。 そ の 状 況 で 各 ノ ー ド が ど の よ う に 移 動 し た り 、 通 信 し た り す る の が 最 適 な の か を 考 え る た め に は 、 そ の 状 況 を モ デ ル 化 す る 必 要 が あ る 。よ っ て 、ま ず 通 信 機 能・移 動 機 能 に つ い て 、 モ デ ル 化 の た め に 必 要 な 仮 定 を 行 い 、 そ の 役 割 や 必 要 性 を 述 べ る 。2.1. 通 信 モデルと各 機 能 の役 割
そ れ ぞ れ の ノ ー ド は セ ン タ ー 基 地 と の 通 信 の た め の 無 線 回 線 A と 、 ノ ー ド 間 通 信 の た め の 無 線 回 線 B の 2 種 類 を 持 つ と 仮 定 す る 。 こ こ で 一 つ の ノ ー ド が 持 つ 回 線 A, B の 本 数 は 、 1 本 ず つ と は 限 ら な い 。 回 線 A を 複 数 持 つ 場 合 は 、 自 身 の 持 つ 回 線 A を 束 ね て 仮 想 的 に 太 い 1 本 の 回 線 と み な し て セ ン タ ー 基 地 と の 通 信 を 行 う こ と が で き 、 回 線 B を 複 数 持 つ 場 合 は 、 一 つ の ノ ー ド が 複 数 の チ ャ ネ ル を 用 い る こ と が で き 、 そ の 異 な る チ ャ ネ ル 間 で は CSMA/CA を 考 慮 し な く て 良 い 。 回 線 A は 、 例 え ば 3G/LTE 回 線 の よ う な 、 非 常 に 多 く の 端 末 が 一 つ の 基 地 局 (AP)を 用 い て 通 信 を 行 う よ う な 遠 距 離 狭 帯 域 通 信 規 格 を 用 い る こ と を 想 定 し て い る 。 こ の 場 合 、 高 々 数 個 の ノ ー ド が 新 た に 3G/LTE 通 信 を 開 始 す る 程 度 、 も し く は 数 十 メ ー ト ル 移 動 し た 程 度 で は 、 ほ ぼ ス ル ー プ ッ ト は 低 下 し な い 。 し た が っ て 、 回 線 A の ス ル ー プ ッ ト は 一 定 で あ る と 仮 定 す る 。 一 方 、 回 線 B は 、 802.11 無 線 LAN の よ う な 、 回 線 A と 比 較 し て 近 距 離 で 広 帯 域 な 通 信 を 行 え る よ う な 回 線 を 想 定 し て い る 。 こ の よ う な 回 線 は 、 ど こ か の 無 線 回 線 で 通 信 を 行 っ て い る と 、 そ の 電 波 が 届 く 範 囲 で 同 じ チ ャ ネ ル で 同 時 に 無 線 通 信 が 出 来 ず 、 CSMA/CA に 沿 っ て 通 信 を 行 う よ う な 回 線 で あ る 。 ま た 、 端 末 間 距 離 の 増 大 や 障 害 物 に よ る 電 波 の 遮 蔽 な ど に よ り 、 伝 送 レ ー ト が 大 幅 に 下 が っ て し ま う よ う な 回 線 で も あ る 。 例 え ば 802.11g 無 線 LAN で は 、 54, 48, 36, 24, 18, 12, 11,9, 6, 5.5, 2, 1 Mbps と 大 幅 に 小 さ く な っ て ゆ く 。 ま た 、 い く つ か の ノ ー ド が 比 較 的 高 い ス ル ー プ ッ ト で 無 線 LAN 通 信 が 出 来 て い る と き に 、 あ る ノ ー ド が 低 レ ー ト で 無 線 LAN 通 信 を 行 っ た 場 合 、 他 の 無 線 LAN 通 信 の ス ル ー プ ッ ト も 大 幅 に 低 下 し て し ま う と い う 現 象 が あ る 。 こ の 現 象 は Performance Anomaly 問 題 と 呼 ば れ 、 無 線 LAN 特 有 の 問 題 と さ れ て い る [4]。 し た が っ て 、 回 線 B は 、 CSMA/CA に 基 づ い て 通 信 を 行 い 、 か つ ノ ー ド 間 距 離 や 障 害 物 の 位 置 ・ 電 波 透 過度 に 応 じ て 伝 送 レ ー ト が 大 き く 異 な る よ う な 回 線 で あ る と 仮 定 す る 。 回 線 A, B は 、 必 ず し も 3G/LTE 回 線 , WLAN 回 線 で あ る 必 要 は な い が 、 本 研 究 の 数 値 解 析 (第 6 章 )で は 全 て こ れ ら の 回 線 を 想 定 し て い る 。 し た が っ て 、 便 宜 上 、 回 線 A を 3G/LTE 回 線 、 回 線 B を WLAN 回 線 と 記 述 す る こ と に す る 。 あ る ノ ー ド が 自 身 の も つ 3G/LTE 回 線 (複 数 本 の 場 合 は そ れ を 束 ね た 回 線 )以 上 の 速 度 で 通 信 を 行 う 必 要 が あ る 場 合 、 WLAN 回 線 を 次 の よ う な 方 法 で 通 信 を 行 う た め に 用 い る 。 1. セ ン タ ー 基 地 に 転 送 し た い デ ー タ の 一 部 を 、 WLAN 回 線 を 通 し て 周 辺 の ノ ー ド に 転 送 す る 。 2. 転 送 さ れ た ノ ー ド の 3G/LTE 回 線 の 帯 域 を 分 け て も ら い 、 デ ー タ を セ ン タ ー 基 地 へ 転 送 す る （ こ の よ う に 3G/LTE 回 線 の 一 部 の 帯 域 は 、 各 ノ ー ド が 自 身 の 通 信 の た め に 使 用 す る が 、 そ れ 以 外 の 残 り の 帯 域 は 、 他 の ロ ボ ッ ト の 通 信 の た め に 使 用 す る こ と が で き る ） 。 3. セ ン タ ー 基 地 側 で 、 複 数 の 回 線 か ら 届 い た デ ー タ を 再 構 成 す る (再 構 成 の た め の 技 術 が 参 考 文 献 [1]な ど に よ り す で に 完 成 さ れ て い る た め 、 そ の 方 法 に つ い て は 、 本 研 究 で は 議 論 し な い )。 こ の よ う に 、 動 画 像 を リ ア ル タ イ ム に 転 送 し た い 等 の 理 由 で 大 容 量 通 信 を し た い ノ ー ド が WLAN 回 線 を 経 由 し て 周 辺 の ノ ー ド の も つ 3G/LTE 回 線 を 使 用 す る こ と で 、 自 身 の 3G/LTE 回 線 の み を 用 い る 場 合 よ り 大 容 量 の 通 信 が 可 能 と な る 。 以 上 の 手 順 で は 、 リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン と 呼 ば れ る 、 複 数 の 回 線 を 束 ね て 仮 想 的 に 1 本 の 太 い 回 線 と み な し て 通 信 す る 手 法 を 用 い て い る 。 ま た こ の と き 、各 ノ ー ド が WLAN チ ャ ネ ル を 共 有 す る か 否 か で WLAN 通 信 の 性 質 は 大 き く 異 な る 。WLAN チ ャ ネ ル を 共 有 す る と い う こ と は 、 つ ま り ノ ー ド 群 の 中 で は 同 じ チ ャ ネ ル で WLAN 通 信 を 行 う と い う こ と で あ る 。 異 な る チ ャ ネ ル を 用 い る 場 合 は 、 複 数 の WLAN 通 信 を 同 時 に 行 う こ と が で き る た め 、WLAN 通 信 間 の 影 響 を 無 視 で き る 。 一 方 、 同 じ チ ャ ネ ル を 用 い る 場 合 は 、 一 度 に 1 ヶ 所 の リ ン ク で し か 通 信 で き な い た め 、CSMA/CA に 沿 っ て 交 互 に 通 信 を 行 う 。し た が っ て 、同 じ チ ャ ネ ル の 場 合 に は 、先 に 述 べ た Performance anomaly な ど 、無 線 LAN 通 信 の CSMA/CA 特 有 の 性 質 が 現 れ る 。 本 稿 で は 、 よ り 現 実 的 で あ る 同 じ チ ャ ネ ル を 用 い る 場 合 に つ い て 、 以 下 検 討 す る 。
2.2. 移 動 モデルと移 動 協 力 の必 要 性
各 ノ ー ド は 、 自 由 に 移 動 可 能 で あ る と 仮 定 す る 。 平 常 時 は 、 各 ノ ー ド が そ れ ぞ れ 独 立 に 調 査 活 動 を し て い る た め 、 調 査 の た め 以 外 の 移 動 は し な い 。 し か し 本 研 究 で は 、 他 の ノ ー ド の 大 容 量 通 信 の た め に 必 要 に 応 じ て 移 動 す る と 仮 定 す る 。 こ れ を “ 移 動 協 力 ” と 呼 ぶ こ と に す る 。 移 動 協 力 の 必 要 性 の 理 由 は 、 リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン に 参 加 す る ノ ー ド (以 下 、 協 働 ノ ー ド と 呼 ぶ 。 ま た 協 働 可 能 だ が 協 働 し な い ノ ー ド は 協 働 可 能 ノ ー ド と 呼 ぶ )と リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン に よ り 大 容 量 通 信 を し た い ノ ー ド (以 下 、 通 信 ノ ー ド と 呼 ぶ )の 間 の ノ ー ド 間 距 離 が 大 き い と い う 原 因 で ノ ー ド 間 WLAN 通 信 が ボ ト ル ネ ッ ク と な っ て し ま っ て い る 場 合 に 、 大 容 量 通 信 が 必 要 な ノ ー ド に 近 づ く 必 要 が あ る か ら で あ る 。 こ の ボ ト ル ネ ッ ク と い う の は 、 リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン に 参 加 す る あ る ノ ー ド の 3G/LTE 回 線 の ス ル ー プ ッ ト よ り も 、 そ れ を 利 用 す る た め に 経 由 す る WLAN 回 線 の ス ル ー プ ッ ト が 小 さ く な っ て し ま う こ と を 指 す 。 2.1 節 で 述 べ た よ う に 、 WLAN 通 信 は ノ ー ド 間 距 離 に 応 じ て 伝 送 レ ー ト が 大 き く 変 化 す る た め 、 移 動 協 力 に よ っ て WLAN 通 信 の ス ル ー プ ッ ト が 大 き く 向 上 し ボ ト ル ネ ッ ク を 大 幅 に 軽 減 で き る 。 そ し て こ の ボ ト ル ネ ッ ク 軽 減 に よ り 、 リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン 通 信 の ス ル ー プ ッ ト を 向 上 さ せ る こ と が で き る 。 2.1 節 , 2.2 節 で 記 述 し た 通 信 モ デ ル ・ 移 動 モ デ ル の 実 用 提 案 例 を 図 1 に 示 す 。 本 モ デ ル の 実 用 提 案 と し て 、 複 数 の 調 査 ロ ボ ッ ト か ら セ ン タ ー 基 地 へ 動 画 像 な ど の 出 板 を 送 る 、 と い う 案 を 提 案 し て い る た め 、 分 散 ノ ー ド と い う の は 図 中 左 側 の 車 輪 型 調 査 ロ ボ ッ ト で あ り 、 右 側 の 建 造 物 が セ ン タ ー 基 地 で あ る 。 3 台 の ロ ボ ッ ト の う ち 、 中 央 下 の ロ ボ ッ ト が 通 信 ノ ー ド 、 そ の 両 隣 の ロ ボ ッ ト が 協 働 ノ ー ド で あ る 。 2.1 節 で 仮 定 し た 通 り 、 各 ノ ー ド は 3G/LTE 回 線 と WLAN 回 線 を 持 つ 。 そ し て 通 信 ノ ー ド が 2 台 の 協 働 ノ ー ド と 協 働 作 業 (リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン を し つ つ 移 動 協 力 す る こ と ) を 行 っ て い る 様 子 を 示 し て い る 。 図 1 通 信 ・ 移 動 モ デ ル 概 略 図3. 報 酬 モ デ ル
図 1 の よ う に 協 働 作 業 を 行 う と 、 協 働 ノ ー ド は 必 要 に 応 じ て 割 り 当 て ら れ た 調 査 地 域 か ら 遠 ざ か っ て し ま い 、 自 身 の 得 ら れ る デ ー タ の 質 が 低 下 し て し ま う 。 一 方 、 協 働 作 業 に よ り 所 望 の 通 信 が 実 現 す る と い う こ と 自 体 に は 価 値 が あ る と 考 え ら れ る 。 こ れ ら を 総 合 し て 定 量 的 に 評 価 す る た め に 、報 酬 と い う 概 念 を 導 入 す る 。 そ こ で 本 章 で は 、 各 ノ ー ド そ れ ぞ れ の 調 査 活 動 で 得 ら れ た 転 送 デ ー タ と 、 協 働 作 業 に よ り 得 ら れ た 転 送 デ ー タ に 対 し て そ れ ぞ れ 報 酬 （ 前 者 を 通 常 報 酬 、 後 者 を 特 別 報 酬 と 呼 ぶ ）を 与 え る と 考 え 、そ れ を モ デ ル 化 す る 。3.1. 通 常 報 酬
通 常 報 酬 は 、各 ノ ー ド が 調 査 す べ き 場 所 と し て 割 り 当 て ら れ た 場 所 か ら 離 れ れ ば 離 れ る ほ ど 、 調 査 に よ り 得 ら れ た デ ー タ の 質 が 低 下 し 、 こ れ に よ り 報 酬 が 低 下 す る と 仮 定 す る 。 つ ま り 、 各 ノ ー ド に お い て 、 移 動 距 離 に 対 し て 報 酬 は 単 調 減 少 す る と い う こ と で あ る 。 さ ら に 、 そ の 距 離 に 関 す る 報 酬 関 数 は 、 想 定 す る 状 況 に 応 じ て 異 な る 。 例 え ば 、 各 ノ ー ド の 調 査 活 動 が 、 カ メ ラ を 使 っ て 動 画 像 を 撮 影 し 、 リ ア ル タ イ ム に セ ン タ ー 基 地 へ 配 信 す る 、 と い う も の で あ れ ば 、 割 り 当 て ら れ た 場 所 か ら 少 し 離 れ て も 動 画 像 の 情 報 の 質 は あ ま り 変 わ ら な い が 大 き く 離 れ る と 大 幅 に 情 報 の 質 が 低 下 す る と 考 え ら れ る の で 、 各 ノ ー ド の 移 動 距 離 と 通 常 報 酬 の 関 係 を 表 し た グ ラ フ の 形 は 、 上 に 凸 な 単 調 減 少 関 数 で モ デ ル 化 す る の が 適 当 で あ ろ う 。 し か し 、 あ る 場 所 の 大 気 中 に 含 ま れ る あ る 物 質 の 濃 度 を 測 定 す る と い っ た 場 合 な ど は 、 割 り 当 て ら れ た 場 所 か ら 少 し で も 離 れ る と 、 情 報 の 価 値 が 大 幅 に 低 下 す る の で 、 各 ノ ー ド の 移 動 距 離 と 通 常 報 酬 の 関 係 を 表 し た グ ラ フ の 形 は 、 こ の 場 合 に は 下 に 凸 な 単 調 減 少 関 数 で モ デ ル 化 す る の が 適 当 で あ ろ う 。3.2. 特 別 報 酬
特 別 報 酬 は 、 協 働 作 業 に よ り 所 望 の 通 信 を 実 現 し た こ と に 対 し て 与 え ら れ る 報 酬 で あ り 、 所 望 の 通 信 量 を 転 送 し 終 え た 直 後 に 発 生 す る 。 所 望 通 信 達 成 の 価 値 の 大 き さ を 報 酬 と し て 表 す た め に は 、 そ の 価 値 を 決 め る 指 標 は 何 か を 決 定 す る 必 要 が あ る 。 こ こ で は そ の 指 標 は 、 所 望 通 信 達 成 ま で の 時 間 （ 以 下 、 通 信 達 成 時 間 t0 と 呼 ぶ ）、 所 望 通 信 達 成 の 緊 急 度 、 転 送 デ ー タ 自 体 の 重 要 度 の 3 つ で あ る と 仮 定 す る 。 そ し て 特 別 報 酬 は 、 所 望 通 信 達 成 の 緊 急 度 と 転 送 デ ー タ 自 体 の 重 要 度 に 基 づ き 、通 信 達 成 時 間 t0を 変 数 と し た 関 数 で あ る と 仮 定 す る 。 こ こ で 通 信 達 成 時 間 t0 が 小 さ い 、 つ ま り セ ン タ ー 基 地 側 が デ ー タ を 欲 し て か ら 得 る ま で の 時 間 が 短 い 場 合 に は 、 特 別 報 酬 が 大 き く な る と す る 。つ ま り 、特 別 報 酬 は 通 信 達 成 時 間 t0 に 応 じ て 単 調 減 少 す る と 仮 定 す る と い う こ と で あ る 。 ま た そ の 報 酬 関 数 は 、 所 望 通 信 達 成 の 緊 急 度 と 転 送 デ ー タ 自 体 の 重 要 度 に 基 づ く と 仮 定 し た が 、 よ り 具 体 的 に は 、 緊 急 の 場 合 は 通 信 達 成 時 間 t0 が 少 し 大 き く な る だ け で 所 望 通 信 達 成 の 価 値 が 大 幅 に 下 が る と い う 考 え 方 や 、 転 送 デ ー タ が 重 要 で あ る ほ ど 所 望 通 信 達 成 の 価 値 が 高 い と い う 考 え 方 に 基 づ く と 仮 定 す る 、 と い う こ と で あ る 。 以 上 よ り 、通 常 報 酬 と 特 別 報 酬 を 図 2 の よ う に 示 す 。 横 軸 が 時 間 、 縦 軸 は 報 酬 を 示 し 、 グ ラ フ の 。 グ ラ フ の 左 側 か ら 右 側 に 時 間 が 流 れ る と 考 え て よ い 。 ま ず 、 ノ ー ド が 移 動 協 力 を 始 め る と 、 動 け ば 動 く ほ ど 報 酬 が 小 さ く な る 。 し ば ら く す る と 、 所 望 の 通 信 が ど の よ う な 通 信 で あ る か に 応 じ て 動 く の を や め 、 し ば ら く そ の 場 所 で リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン 通 信 を 行 う （ グ ラ フ の 凹 ん で い る 部 分 の 底 辺 ）。そ し て 再 度 動 き だ し 、元 の 位 置 に 戻 り 、 所 望 の 通 信 を 達 成 し た と い う こ と で 特 別 報 酬 （ 赤 斜 線 部 ） が 得 ら れ る 。 図 2 時 間 経 過 に 対 応 し て 変 化 す る 、 協 働 作 業 時 の 報 酬 の 概 念 図4. 報 酬 最 大 化 問 題 の 定 式 化
第 2 章 、第 3 章 で 定 義 し た モ デ ル に 基 づ い て 、報 酬 を 最 大 化 す る 問 題 を 定 式 化 す る 。 本 稿 で は 、 協 力 の 目 的 、 す な わ ち 達 成 す べ き 目 的 の 違 い に よ り 特 性 が 異 な っ て く る た め 、 大 き く 分 け て 2 通 り の 問 題 に つ い て 評 価 す る 。 一 つ は 所 望 ス ル ー プ ッ ト 実 現 問 題 、 も う 一 つ は フ ァ イ ル 転 送 達 成 問 題 で あ る 。 達 成 す べ き 目 的 を 制 約 条 件 と し て 、 報 酬 を 最 大 化 す る と い う 最 適 化 問 題 に な る 。 そ の 最 適 解 は 、 で き る 限 り 各 自 の 調 査 活 動 を 継 続 し つ つ 、 所 望 の 通 信 を 実 現 す る よ う な 協 働 作 業 方 法 と な る 。 協 働 作 業 方 法 す な わ ち 制 約 条 件 の 具 体 的 な 内 容 は 、 問 題 設 定 に よ っ て 異 な る た め 後 述 す る 。4.1. パラメータと問 題 設 定
そ れ ぞ れ の 問 題 定 式 化 の 前 に 、 両 方 の 問 題 に 共 通 し て 必 要 な 初 期 設 定 ・ パ ラ メ ー タ を 示 す 。 ま ず 、 大 容 量 通 信 を 行 い た い ノ ー ド と 、 そ の 周 辺 で 各 自 の 調 査 活 動 を し て お り 必 要 に 応 じ て 協 働 作 業 に 参 加 す る ノ ー ド の 初 期 位 置 を 決 め る 必 要 が あ る 。 本 稿 で は 、 2 次 元 座 標 で 初 期 位 置 を 表 す 。 ま た 、 ロ ボ ッ ト の移 動 速 さ も 決 め る 必 要 が あ る 。 さ ら に 、 無 線 通 信 に 関 し て 必 要 な パ ラ メ ー タ が 1 つ 、 関 数 が 1 つ 存 在 す る 。 そ れ ぞ れ 3G/LTE 回 線 の ス ル ー プ ッ ト と 、 WLAN 回 線 の 伝 送 レ ー ト で あ る 。 2.1 節 で 示 し た よ う に 、 3G/LTE 回 線 ス ル ー プ ッ ト は 一 定 値 で あ り 、WLAN 伝 送 レ ー ト は ノ ー ド 間 距 離 に 対 し て 単 調 減 少 す る も の と す る 。 通 常 報 酬 関 数 も 決 定 す る 必 要 が あ る 。 こ れ は 3.1 節 に 示 し た よ う に 、 移 動 距 離 に 応 じ て 単 調 減 少 す る 関 数 で あ る が 、 想 定 す る 状 況 に 応 じ て 関 数 は 適 宜 変 更 す る 必 要 が あ る 。
4.2. ファイル転 送 達 成 問 題
フ ァ イ ル 転 送 達 成 問 題 は 、 所 望 デ ー タ 量 を 所 要 時 間 以 内 に 転 送 完 了 す る と い う 制 約 条 件 の 下 、 報 酬 合 計 変 動 分 Q を で き る だ け 多 く す る と い う 最 適 化 問 題 で あ る 。 報 酬 合 計 変 動 分 Q と は 、協 働 作 業 を 行 わ な い 場 合 と 比 べ て 行 う 場 合 は ど れ ほ ど 報 酬 合 計 が 大 き く な る か 、 と い う こ と を 表 す 指 標 で あ る 。報 酬 合 計 変 動 分 Q は 、次 式 で 表 さ れ る 。 Q = 特 別 報 酬 B – 通 常 報 酬 減 少 分 A こ こ で 、通 常 報 酬 減 少 分 A と 特 別 報 酬 B は 図 3 の 各 斜 線 部 で あ る 。 図 3 は 、 図 2 に お い て フ ァ イ ル 転 送 達 成 問 題 で 着 目 す る 部 分 を 変 え 、 合 計 通 信 量 の グ ラ フ (青 線 )を 追 加 し た だ け で あ る 。水 色 斜 線 部 の 面 積 が 、所 望 の 通 信 量 に 相 当 す る も の で あ り 、 こ の 面 積 が 一 定 で あ る こ と が 本 問 題 の 制 約 条 件 で あ る 。 通 常 報 酬 減 少 分 A と い う の は 、協 働 作 業 を 行 わ な い 場 合 (点 線 部 分 )よ り 、 行 う 場 合 の 方 が ど れ ほ ど 通 常 報 酬 が 減 少 し て し ま う か を 表 す 値 で あ り 、図 3 の 斜 線 部 A の 面 積 に 等 し い 。特 別 報 酬 B は 、本 問 題 で は 協 働 作 業 に よ り 所 望 の 通 信 が 達 成 さ れ た 直 後 に 得 ら れ る も の と す る 。 こ れ は 、 フ ァ イ ル 転 送 な ど 、 完 全 に 転 送 し 終 え た 時 に 初 め て 価 値 が 発 生 す る ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 想 定 し て い る た め で あ る 。 以 上 の 内 容 を ま と め る と 、 次 の よ う に 記 述 で き る 。 図 3 通 常 報 酬 減 少 分 A, 特 別 報 酬 B, 所 望 通 信 量 の 概 要 図5. フ ァ イ ル 転 送 達 成 問 題 の 特 性
本 章 で は 、4.2 節 で 示 し た フ ァ イ ル 転 送 達 成 問 題 に 見 ら れ る 特 性 を 示 す 。本 章 で は 、無 線 LAN 通 信 で チ ャ ネ ル を 共 有 す る 仮 定 で 議 論 を 進 め る 。 さ ら に 本 章 で は 、 通 常 報 酬 関 数 が す べ て の ノ ー ド で 同 一 の 場 合 と 異 な る 場 合 と で 特 性 が 異 な る の で 、そ の 差 異 に つ い て 述 べ る 。5.1. 通 常 報 酬 関 数 がすべてのノードで同 一 の場 合
パ フ ォ ー マ ン ス 低 下 （ 通 常 報 酬 減 少 分 A） は 、 通 信 達 成 時 間 が 大 き く な る （ つ ま り 通 信 に 時 間 が か か る ） に と も な っ て 単 調 減 少 す る 。 そ の 理 由 は 、 以 下 の よ う に な っ て い る 。 各 ノ ー ド が 大 き く 移 動 す る ほ ど 、 通 常 報 酬 は 小 さ く な る が 、 ス ル ー プ ッ ト が 向 上 す る 。 し た が っ て 、 よ り 短 時 間 で 所 望 の フ ァ イ ル 転 送 を 達 成 す る た め に は 、協 働 ノ ー ド が よ り 大 き く 近 づ く 必 要 が あ る 。 し た が っ て 、 通 信 達 成 時 間 が 小 さ く な る ほ ど 、 協 働 作 業 時 の 通 常 報 酬 は 小 さ く な り 、そ の 減 少 分 A が 大 き く な る 。 つ ま り 、 通 信 達 成 時 間 が 大 き く な る ほ ど 、 通 常 報 酬 減 少 分 A が 小 さ く な る の で 単 調 減 少 し て い る と い え る 。 特 別 報 酬 B は 、総 合 報 酬 変 動 分 Q が 最 大 の 時（ つ ま り 最 適 解 の 時 ） の 値 に 大 き く 関 係 し て い る 。 こ こ で 特 別 報 酬 は 通 信 達 成 時 間 の 関 数 で あ る と 考 え ら れ る の で 、 B = b(t0)と 表 す こ と に す る 。グ ラ フ B = b(t0)の 微 分（ グ ラ フ の 傾 き の よ う な 値 ） の 絶 対 値 が 大 き け れ ば 大 き い 程 、 通 信 達 成 時 間 が 少 し 短 縮 さ れ る だ け で 報 酬 が 大 幅 に 増 加 す る の で 、 報 酬 が 手 厚 い と い え る 。 こ の よ う な 場 合 、同 じ 距 離 近 づ い て 得 ら れ る 特 別 報 酬 B が 大 き く な る 。 し た が っ て 、 通 信 達 成 時 間 を 短 く す る こ と に よ り 、通 常 報 酬 減 少 分 A が 大 き く な っ て も 、そ れ 以 上 に 特 別 報 酬 B が 大 き く な る よ う な 状 況 が 考 え ら れ る 。こ の 場 合 に は 、 よ り 多 く の ノ ー ド が よ り 大 き く 近 づ く よ う な 協 働 作 業 方 法 が 最 適 解 と な る 。 こ れ は よ り 短 時 間 で フ ァ イ ル 転 送 を 達 成 す る よ う な 解 で あ る 。 ま た グ ラ フ B = b(t0)の 微 分 の 絶 対 値 が 極 端 に 小 さ い /大 き い 場 合 、そ れ ぞ れ ”全 く 動 か ず に ゆ っ く り 転 送 す る ” / ”最 大 限 近 づ く ”と い う 解 空 間 の 両 端 が 最 適 解 と な る 。 さ ら に 、 通 常 報 酬 関 数 に よ っ て は 、 初 期 位 置 の ノ ー ド を 少 し 移 動 す る よ り も 、 す で に 大 き く 動 か し た ノ ー ド を さ ら に 少 し 動 か し た 方 が 、 減 少 分 が 少 な く な る 場 合 が あ り 、 ス ル ー プ ッ ト を 高 め る た め に 、 す べ て の ノ ー ド が 同 様 に 近 づ く わ け で は な い 。 注 意 す べ き 点 と し て 、Performance Anomaly 問 題 を 考 慮 す る と 、低 レ ー ト で し か 通 信 で き な い 位 置 に い る ノ ー ド は 、 敢 え て リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン に 参 加 さ せ な い ほ う が 高 ス ル ー プ ッ ト を 得 ら れ る た め 、 通 信 に 参 加 し な い ノ ー ド も 存 在 す る 。 目 的 関 数 :最 大 化 報 酬 合 計 変 動 分 Q 制 約 条 件 :所 望 通 信 量 (図 3 青 斜 線 部 )転 送 達 成5.2. 通 常 報 酬 関 数 が異 なるノードである場 合
全 て の ノ ー ド で 通 常 報 酬 関 数 が 同 じ で あ る 場 合 と 、 そ う で は な い 不 均 一 な 場 合 を 比 較 す る 。 不 均 一 な 場 合 の 一 例 と し て 、 協 働 ノ ー ド の う ち 最 も 遠 い ノ ー ド の 通 常 報 酬 関 数 だ け 上 に 凸 、 つ ま り い く ら か 動 い て も そ れ ほ ど 通 常 報 酬 が 変 わ ら ず 、 そ の 他 の 協 働 ノ ー ド の 通 常 報 酬 関 数 は 下 に 凸 、 つ ま り 少 し 動 く だ け で 通 常 報 酬 が 大 幅 に 落 ち る が 、 そ れ 以 降 い く ら 動 い て も あ ま り 変 わ ら な い よ う な 場 合 を 考 え る 。 す る と 、 均 一 な 場 合 と 比 較 し て 、 不 均 一 な 場 合 は 、 最 も 遠 い ノ ー ド に 、 通 常 報 酬 が あ ま り 下 が ら な い 範 囲 で で き る だ け 大 き く 移 動 し て も ら う よ う な 解 が 最 適 解 と な る 。6. 最 適 な ロ ボ ッ ト 移 動 と 最 適 報 酬 値 の 定 量 評
価
本 章 で は 、 第 5 章 で 定 性 評 価 し た フ ァ イ ル 転 送 問 題 に つ い て 、 定 量 的 な 評 価 を 行 い 、 報 酬 関 数 の 形 が 総 合 報 酬 に ど の 程 度 の 影 響 を 与 え る の か 、 ど の ロ ボ ッ ト が ど の よ う に 移 動 す る の か と い っ た こ と を 調 査 す る 。 数 値 解 析 ソ フ ト ウ ェ ア は 、MATLAB を 使 用 し た 。プ ロ グ ラ ム の 都 合 上 、 1 秒 単 位 で ス ル ー プ ッ ト や 報 酬 な ど の 計 算 値 を 算 出 し て い る が 、 精 度 的 に は 十 分 良 い こ と を 確 認 し て い る 。 使 用 し た プ ロ グ ラ ム を 付 録 に 示 す 。 本 数 値 解 析 で 用 い た 近 似 設 定 な ど に つ い て 述 べ る 。簡 単 の た め 、 ノ ー ド は xy 平 面 (2 次 元 )上 の み を 移 動 可 能 で あ る と 仮 定 し た 。 3 次 元 移 動 で も 同 様 の 結 果 を 得 る こ と が で き る は ず で あ る 。ま た 、2.2 節 に て 述 べ た よ う に 、 協 働 作 業 時 に 、 協 働 ノ ー ド は 3G/LTE 回 線 の 帯 域 の 一 部 を 自 身 の 通 信 の た め に 使 用 し 、 リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン の た め に そ れ 以 外 の 帯 域 を 貸 す モ デ ル を 想 定 し て い る が 、 本 解 析 で は 協 働 ノ ー ド が 自 身 の 通 信 の た め に 使 用 す る 帯 域 の 割 合 は 、 全 体 に 比 べ て 無 視 で き る ほ ど 小 さ い と 仮 定 し た 。 つ ま り 、 協 働 ノ ー ド は 、 そ の 全 て の 帯 域 を 通 信 ノ ー ド の た め に 貸 す も の と し て 計 算 を 行 っ た 。 今 回 、通 常 報 酬 関 数 は 基 本 的 に 図 4(a)の よ う な 1 次 関 数 と し た 。6.2 節 の 一 部 で の み 、不 均 質 な 設 定 と す る た め に 図 4(b)の よ う な 上 に 凸 の 関 数 に し た 。 さ ら に 、 特 別 報 酬 関 数 は 図 5 の よ う な 1 次 関 数 と し た 。 ま た 初 期 位 置 は 、WLAN で 通 信 で き る 程 度 の 距 離 間 隔 を 持 た せ た よ う な 、図 6 の よ う に 設 定 し た 。無 線 LAN は 、 [5]の 実 験 結 果 よ り 、 横 軸 を ペ ア 間 距 離 と す る と 、 図 7 の よ う に 距 離 に 応 じ て 単 調 減 少 す る よ う な も の と し た 。6.1. 通 常 報 酬 関 数 がすべてのノードで同 一 の場 合
5.1 節 で 述 べ た よ う に 、 図 5 の グ ラ フ の グ ラ フ 傾 き は 特 別 報 酬 の 手 厚 さ に 相 当 す る た め 、 こ の 特 別 報 酬 関 数 の 傾 き を 変 え た 場 合 の 数 値 解 析 結 果 と 比 較 す る こ と に よ っ て 、 特 別 報 酬 の 手 厚 さ が 与 え る 影 響 を 調 べ る こ と が で き る 。 こ の よ う な 目 的 の 下 、 0.5 倍 、 3 倍 、 5 倍 し た と き の 報 酬 合 計 変 動 分 Q も 並 べ て 図 示 し た も の が 図 8 と な っ た 。横 軸 は 通 信 達 成 時 間 、縦 軸 は 報 酬 合 計 変 動 分 Q で あ る 。中 抜 き の 丸 プ ロ ッ ト で 形 成 さ れ た グ ラ フ が 、 図 5 の 特 別 報 酬 関 数 の 時 に 得 ら れ た 結 果 で あ る 。 ま た 、 中 抜 き 四 角 、 星 、 バ ツ の 形 を し た マ ー カ ー で 形 成 さ れ た グ ラ フ は 、 そ れ ぞ れ 、 特 別 報 酬 関 数 を 3 倍 、5 倍 、0.5 倍 し た 時 に 得 ら れ た 結 果 で あ る 。赤 丸 の マ ー カ ー は 、各 グ ラ フ に お け る 報 酬 合 計 変 動 分 Q の 最 大 値 、 つ ま り 最 適 解 の と き の 値 で あ る 。 特 別 報 酬 が オ リ ジ ナ ル の 場 合 と 3 倍 し た 場 合 を 比 較 す る と 、 3 倍 し た と き の 方 が 、 約 7 秒 ほ ど 通 信 達 成 時 間 が 小 さ い 場 合 に 最 適 解 と な っ た 。こ れ は 、5.1 節 で 示 し た 通 り 、報 酬 が 手 厚 い 場 合 に 早 く 通 信 を 終 え る こ と を 優 先 し て い た こ と を 意 味 す る 。 今 回 、 通 信 達 成 時 間 と し て あ り 得 る 範 囲 が お よ そ 27 秒 か ら 41 秒 ま で の 14 秒 の 間 で あ る 。 し た が っ て 通 信 達 成 時 間 が 約 7 秒 も 短 縮 さ れ た と い う 事 実 は 、 解 空 間 の 半 分 に 相 当 す る 、 非 常 に 大 き い 短 縮 で あ っ た と い え る 。 さ ら に 、特 別 報 酬 を 5 倍 し た 場 合 と 、0.5 倍 し た 場 合 の 最 大 値 は 端 点 と な っ て い る た め 、 実 際 に ど れ く ら い 極 端 な 設 定 な ら 6.1 節 で 示 し た よ う に 最 大 値 が 端 点 に な る か が わ か る 数 値 例 を 示 し た と い え る 。 図 5 特 別 報 酬 関 数 B (b) 通 常 報 酬 関 数 (下 に 凸 の 場 合 ) 図 7 WLAN 伝 送 レ ー ト (a) 通 常 報 酬 関 数 (直 線 の 場 合 )Re
w
a
rd
Re
w
a
rd
図 4 通 常 報 酬 関 数 (直 線 の 場 合 ) 図 6 初 期 位 置 0 10 20 30 0 10 20 30 Distance [m]Tr
ansm
issi
onRa
te
[M
bp
s]
0 20 4045 0 10 20 30 40 45 Transmission Time [s] R e w ar d図 9 は 、 特 別 報 酬 関 数 を 下 に 凸 な 関 数 に 置 き 換 え た 場 合 の 、 各 ロ ボ ッ ト の 協 力 度 合 い を 示 し て い る 。 縦 軸 は 各 ロ ボ ッ ト の 位 置 を 、 中 抜 き で は な い 丸 マ ー カ ー は リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン に 参 加 、 中 抜 き の 丸 マ ー カ ー は リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン に 不 参 加 で あ る こ と を 示 し て い る 。 前 述 の Performance Anomaly 問 題 お よ び 報 酬 度 合 い の 関 係 で 、横 軸 (特 別 報 酬 B)が 増 加 し た と き に 、 参 加 す る ロ ボ ッ ト が 必 ず し も 、 そ ろ っ て 同 じ 動 き を す る 訳 で は な い こ と が 示 さ れ て い る 。
6.2. 通 常 報 酬 関 数 が異 なるノードがある場 合
7.2.2 節 の 問 題 設 定 の う ち 、通 信 ノ ー ド か ら 最 も 遠 い ノ ー ド の 通 常 報 酬 関 数 だ け 図 10(c)の よ う な 上 に 凸 の 関 数 と し 、そ れ 以 外 の 通 常 報 酬 関 数 は 図 10(b)の よ う な 一 次 関 数 と し た 。 転 送 フ ァ イ ル の 大 き さ は 1000 Mbits と し 、 そ れ に 伴 い 特 別 報 酬 関 数 も 2 倍 し た 。 全 て の 協 働 ノ ー ド の 通 常 報 酬 関 数 が 図 4(a)の よ う な 一 次 関 数 で あ る 場 合 と 、 今 回 の 特 徴 で あ る 、 最 も 遠 く の ノ ー ド の 通 常 報 酬 関 数 の み 図 4(b)の よ う な 上 に 凸 の 関 数 で あ る 場 合 の 比 較 ノ ー ド の 近 づ き 方 を そ れ ぞ れ 図 10(a),(b)に 示 す 。 移 動 協 力 の 様 子 は 、 通 常 報 酬 関 数 の わ ず か な 違 い で 、 最 も 遠 く の ノ ー ド が ほ と ん ど 近 づ か な か っ た の が 非 常 に 大 き く 近 づ く よ う に 結 果 が 大 き く 変 わ っ た 。 5.2 節 で 、通 常 報 酬 関 数 が 上 に 凸 の 場 合 に 、協 働 作 業 時 に 遠 く か ら 大 き く 近 づ く 性 質 が あ る こ と を 述 べ た が 、 本 数 値 計 算 に よ り 、 そ の 通 常 報 酬 が 少 し 上 に 凸 に な る だ け で 移 動 量 が 1 m か ら 20 m へ 大 幅 に 変 化 す る よ う な 数 値 例 を し め す こ と が で き た 。7. お わ り に
本 研 究 で は 、 群 ロ ボ ッ ト も し く は 人 間 に よ る 調 査 活 動 な ど に み ら れ る 、 分 散 し て 存 在 す る 複 数 の 移 動 可 能 な ノ ー ド で 構 成 さ れ る シ ス テ ム に お い て 、 協 力 型 通 信 を 用 い て 、 個 々 で は 不 可 能 な 仕 事 を 行 う と い う 状 況 を 想 定 し 、 協 力 に よ り 全 体 の 仕 事 量 (こ こ で は 報 酬 と 呼 ぶ )の 最 適 化 に つ い て 検 討 し た 。 ま た 、 各 制 約 条 件 に つ い て 数 値 解 析 を 通 し て 評 価 を 行 い 、 本 シ ス テ ム 特 有 の 数 値 例 と そ の 特 性 を 示 し た 。 移 動 協 力 の た め の パ フ ォ ー マ ン ス 低 下 や 協 働 作 業 へ の 報 酬 や 無 線 LAN・ 広 域 無 線 網 の 特 性 な ど に 依 存 し て 、 協 力 す べ き ノ ー ド が 興 味 深 い 移 動 を 行 う こ と を 確 認 し た 。 数 値 例 と し て 、 フ ァ イ ル 転 送 問 題 に お い て 、 通 常 報 酬 関 数 を 少 し 上 に 凸 に す る だ け で 、 ノ ー ド の 動 き 方 が 1m→ 20 m に 大 き く 変 わ る と い っ た 例 を 示 し た 。参 考 文 献
[1] J. Duncanson, Inverse multiplexin g, IEEE Communications Magazine 3(4) (1994) 34–41. [2] Y.Noda, T.Murase, K.Sasajima, “Evaluation on QoS
Characteristics of Wireless Link Aggregation with Cooperative Moving Multi -Robots,” IEEE Communications Quality & Reliability(CQR'13), May 2013.
[3] 野 田 勇 人 , 村 瀬 勉 , 笹 島 和 幸 , “ 複 数 ロ ボ ッ ト の 移 動 協 力 に よ る リ ン ク ア グ リ ゲ ー シ ョ ン 通 信 の 性 能 評 価 ,” 情 報 処 理 学 会 DICOMO, 2013 年 7 月
[4] Martin Heusse, Franck Rousseau, Gilles Berger-Sabbatel, Andrzej Duda, “Performance Anomaly of 802.11b,” Proc. IEEE INFOCOM 2003, vol.2, pp.836 -843, April 2003.
[5] Saeko Iwaki, Tutomu Murase, Masato Oguchi, “Characteristic of Multirate through wireless LAN,” DICOMO, 2011. 図 9 特 別 報 酬 B の 手 厚 さ に 応 じ た 移 動 協 力 の 変 化 (a) 全 て 直 線 の 場 合 。図 中 下 の ノ ー ド は 1m し か 動 い て い な い (b) 図 中 下 の 協 働 ノ ー ド の み 上 に 凸 の 場 合 。図 中 下 の ノ ー ド が 20m も 動 い て い る 図 10 通 常 報 酬 関 数 の 変 更 に よ る 移 動 協 力 に 対 す る 影 響 25 30 35 40 -20 0 20 40 45 Transmission Time [s]
