研究発表

従来のMulti-Input Multi-Out を用いたOrthogonal Frequency Division Multiple Access (MIMO-OFDMA) システムにおけるサブキャリアおよび電力割り当て法は、ユーザの公平性を考慮する際に、ユーザのデータレートに比例した割り当てがなされていない。本論文では、 全電力が一定の条件下で、各ユーザのデータ レートに比例するように、サブキャリアおよび電力割り当ててスループットを最大化するために、まず、 MIMOチャネル行列のSingular Value Decomposition (SVD) を用いてサブキャリアを割り当てた後に、適応的なビットと電力の振り分けを行う。計算機シミュレーションを行った結果、MIMO-OFDMA システムにおける、各ユーザのデータレートに比例するように、スループットを最大化できることが示された。

複数アンテナを持つ端末から構成されるMIMOアドホックネットワーク用MACプロトコルにMIMA-MACがある．MIMA-MACは，周辺端末のアンテナ数や送信要求数に関わらず，アンテナ数の半数しかデータストリームを送信できないという問題がある．そこで本研究では，MIMA-MACを改良し，常に送信ストリーム数を最大にするMACプロトコルを提案した．提案方式は，データ受信端末において最大2端末からRTSを受信した後に最大送信ストリーム数を決定できるため，隣接端末中の送信端末数に関わらず，常に送信ストリーム数を最大限に割り当てることができる．また，提案方式ではRTSに最大送信ストリーム数，CTSに各送信端末に対する許容送信ストリーム数を格納することにより，相互のアンテナ数に関わらず最大ストリーム数で通信を行うことができる．計算機シミュレーションにより，提案方式はMIMA-MACと比較してネットワークスループットを向上でき，1データパケットあたりの制御データ量を低減できることを示した．

Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) システムにおいて、計算量を低減した柔軟なサブキャリア割り当て方法を提案した。提案方式においては、各ユーザのサブキャリアの受信特性を複数の評価尺度を用いることにより、ユーザのランクを求め、ランクに従って、収束までの繰り返し演算の計算量を低減できるアルゴリズムを用いている。計算機シミュレーションの結果、従来方式に比べて優れた特性を有することが示された。

M対Mの信頼性の高いマルチキャスト通信プロトコルのスケーラビリティを改善する方法と して、Group-Aided Multicast protocol (GAM)をベースにし、局所的なグループをベース にして、局所的な誤り状況を考慮して、柔軟に誤り訂正符号と再送要求におけるパラメー タを選ぶことにより、誤りと再送用トラヒックを減らす方式を提案し、有効性を明らかにした。

モバイルアドホックネットワークにおけるautoconfiguration方式を提案した。提案方式では、マルチホップ経路が、階層的なトポロジとなることに着目し、ノードがネットワークに加入する際に、必要なIPアドレスやルーチング情報の割り当てを、前もって選ばれたリーダーノードが代行する。計算機シミュレーションの結果、提案方式は、オーバーヘッドを低減し、スケーラビリティに優れていることが示された。

基地局にアダプティブアレーアンテナを用いたOFDM/SDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Space Division Multiplexing)高速パケットスケジューリン グが提案されている.しかし，複数ユーザへのビームの重なりにより同一チャネル干渉 が発生するため，空間多重数が減少するという課題がある．提案方式では，空間多重数を増加させるために，ダウンリンクで用いるサブキャリア帯域を2分割してビーム割り当てを行う．またセク タスループットを改善するためにSNR閾値未満のユーザはビーム割り当て対象外とする．計算機シミュレーションによって特性評価を行い，従来方式と比較して空間多重数およびセクタスループットを改善できることを示した．

Tunable Transmitter Tunable Receiver(TTTR) 方式を用いたスター型の光符号分割多元接続(CDMA)ネットワークにおいて，中央制御装置で符号の割り当て情報を管理し，MAI の影響が最小になるように各送信ユーザに符号を割り当てる方式を提案した．理論解析の結果，提案方式は各ユーザにランダムに符号を割り当てる従来方式と比較して，MAI の影響を軽減でき，平均パケット棄却率特性を改善できることを示した．

センサネットワークのデータ収集型アプリケーションにおいて用いられるMAC(Media Access Control)プロトコルとしてFLAMA(Flow-Aware Medium Access)ではシンクの近傍に位置するセンサノードのデータ送信回数が増加するため，電池を早期に消耗し，センシング回数が減少するという問題がある．そこで, FLAMAよ り長時間のセンシングを可能にするため，2つのシンクを用いセンサノードの電池残量を考慮することにより，センサノードの消費電力をネットワーク全体に分散させる改良型FLAMAプロトコルを提案した．

直交周波数多元接続(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)において，マルチパス環境下におけるビット誤り率特性の改善のため，各ユーザのトラフィックを考慮してフェージングの影響が小さいサブキャリアを優先的に割り当てるユーザを決定する方式を提案した．提案方式では, パケット 数の多いユーザに対し優先的にサブキャリアを割り当てることにより，通信要求パケット数が少なく優先順位が低いユーザと比較して，選択可能なサブキャリア数を多くすることで，良好な通信環境で多くのパケットを送受信することができ, 全体のBER特性を改善できることを、計算機シミュレーションにより示した．

基地局にアダプティブアレーアンテナを用いたOFDM/SDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Space Division Multiplexing)高速パケットスケジューリングが提案されているが, 複数ユーザへのビームの重なりにより同一チャネル干渉が発生するため，空間多重数が減少するという課題がある．そこで， 空間多重数を増加させるために，ダウンリンクで用いるサブキャリア帯域を2分割してビーム割り当てを行ない,セクタスループットを改善するためにSNR閾値未満のユーザはビーム割り当て対象外とする方式を提案した．計算機シミュレーションを行った結果，従来方式と比較して空間多重数およびセクタスループットを 改善できることを示した．

Tunable Transmitter Tunable Receiver(TTTR) 型の光符号分割多元接続(CDMA) システムでは，アクティブユーザ数が加入者数を格段に下回っているバーストトラヒック環境を考慮に入れて，加入者数に対して符号数を減らすことで，同一ビットレート下における重み数を増加でき，多元接続干渉(MAI) に対する耐性の向上が期待できる．しかしながら，従来の符号割り当て法では，加入者数が符号数よりも大きいシステム内で，各ユーザにランダムに符 号を割り当てるため，複数のユーザが同一符号を用いる確率が高く，MAI の影響が極めて大きいという問題がある．そこで，本研究では，TTTR 方式を用いたスター型光CDMA ネットワークにおいて，中央制御装置で符号の割り当て情報を管理し，MAI の影響が最小になるように各送信ユーザに符号を割り当てる方式を提案した．理論解析の結果，提案方式は各ユーザにランダムに符号を割り当てる従来方式と比較して，MAI の影響を軽減でき，平均パケット棄却率特性を改善できることを示した．

センサネットワークのデータ収集型アプリケーションにおいて用いられるMedium Access Control (MAC)プロトコルであるFLow-Aware Medium Access (FLAMA)プロトコルにおいて，より長時間のセンシングを可能にするため，２つのシンクを用いて，電池残量の少ないセンサノードの使用を回避することにより，センサノードの消費電力をネットワーク全体に分散させる改良型FLAMAプロコルを提案した．提案方式では，シンクの隣接センサノードの平均電池残量を比較して，平均電池残量の多いセンサノードを隣接とするシンクをデータ収集を行うシンクとして選択する．さらに，各センサノードの電池残量を考慮した閾値を設定し，閾値以下のセンサノードは以降のSYNCフレーム送信を停止することにより，電池残量の少ないセンサノードに負荷が集中することを回避する．計算機シミュレーションにより，電池を消耗したセンサノード数，およびデータパケット収集率を評価し，提案方式の有効性を示した．

直交周波数多元接続(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)において，マルチパス環境下におけるビット誤り率(BER:Bit Error Rate)特性の改善のため，各ユーザのトラフィックを考慮してフェージングの影響が小さいサブキャリアを優先的に割り当てるユーザを決定する方式を提案した．提案方式では, パケット数の多いユーザに対し優先的にサブキャリアを割り当てることにより，通信要求パケット数が少なく優先順位が低いユーザと比較して，選択可能なサブキャリア数を多くすることで，良好な通信環境で多くのパケットを送信または受信することができるため，全体のBER特性を改善できる．計算機シミュレーションによる特性評価を行い，提案方式が従来方式と比較して優れたBER特性を獲得することを示した．

直接拡散符号分割多元接続(DS-CDMA:Direct Sequence-Code Division Multiple Access) 方式を上り回線に用いる場合，多元接続干渉(MAI:Multiple Access Interference) が生じるためシステム容量が制限される．MAIの影響を軽減することを目的とした技術として干渉キャンセラがある．また周波数選択性フェージングによる伝送品質の劣化を軽減するための方式として，複数の受信アンテナを用いてデータを受信する受信ダイバーシチがある．2本の受信アンテナを用いるDS-CDMAシステムにおいて，フェージングチャネルで優れた特性を示す逐次干渉キャンセラ(SIC:Successive Interference Cancellation) を各受信アンテナで独立に適用した従来方式の場合，一方のアンテナにおいて受信電力が大きいユーザのデータが誤って判定された場合，実際の受信信号とは異なった干渉レプリカが減算されるため，他のユーザのデータを誤って判定する可能性が増大し，通信品質が劣化するという課題が生ずる．そこで，本論文では2 本の受信アンテナを用いるDS-CDMA 方式において，誤った干渉レプリカが減算される可能性を軽減するため，2 本のアンテナ間で最も受信SINR のよいユーザを選択してSIC を行う干渉除去方法を提案した．

TDOA(Time Difference of Arrival) を用いた際の端末の位置の計算方法としてテイラー級数推定がある．テイラー級数推定は，初めに初期概略位置を与え，逐次計算により各ステップにおいて最小2 乗誤差和を与える補正値で概略位置の補正を行い，連立方程式を解く方法である．一方で，第4 世代移動通信システムでは，周波数選択性フェージングの影響を軽減する方法としてOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) に代表されるマルチキャリア変調方式の採用が検討されている．精度の高い測位を行うためには，マルチパスにおけるの先頭パスを検出しな ければならない．マルチパスの先頭パスを検出する方法としてパスサーチ法があるが，パスサーチ法は受信パイロット信号との相関値と背景雑音の比に応じて先頭パスの検出精度が異なる．そこで本論文では受信パイロット信号の相関値と背景雑音の比に応じてテイラー級数推定における各双曲線重みを適応制御することにより測位精度を改善する方式を提案した．

見ず知らずのノードが参加する無線アドホックネットワークにおけるノード認証は，重要な技術であり，各ノードが独自に証明書を発行してリポジトリを管理することで,自身で信頼の輪を構築して相手認証を行う，公開鍵証明書分散管理方式が提案されている．しかし，この方式は，証明書の収集に時間が掛かり，通信量およびメモリ消費量が大きくなるという欠点がある．そこで本論文では，アドホックネットワーク内に，証明書の管理を担当する証明書管理ノードを設けて，そのノードの電波範囲内にいる周囲のノードが発行した公開鍵証明書を，代行管理する方式を提案した．本方式は，証明書の管理を行う証明書管理ノードの選定と，各所に点在するノード間のクラスタリングから構成される．本方式は，証明書の発行や失効されるタイミングで，証明書管理ノードのリポジトリに証明書を，登録もしくは削除するため，証明書の収集に要する時間を削減でき，失効証明書リストの管理が不要になる．計算機シミュレーションにより，信頼の輪の構築成功率，証明書の管理のために使用するメモリ量，ネットワーク 全体での通信量について評価を行い，メモリ量，通信量ともに，従来方式よりも削減できることを示した.

近年，携帯電話など簡易端末の正規利用者を確認することを目的としたバイオメトリクス認証が採用されるようになってきた．しかし，認証操作の煩雑性，身体的特徴を提供することへの抵抗感などの理由から，積極的に利用されているとは言いがたい．そこで本論文では，簡易端末の操作特徴に着目した簡潔で抵抗感を与えない個人認証方式を提案した．これは，ユーザのキー操作の手順をバックグラウンドで収集し，これを解析することで本人確認を行う手法である．簡易端末のメモリ容量，CPUの処理能力を考慮して，リングバッファに記録されたキー操作からキーの利用の有無や頻度を基準にした認証アルゴリズムを検討する．提案方式の有効性を検証するためプロトタイプシステムを実装して評価を行ない，正規利用者と不正利用者間のキー操作に差異が見られることを示し，正規利用者を判別する認証方式として適用できうることを確認した．

本論文では，侵入検知システム(Intrusion Detection　System:IDS)から出力される攻撃イベントについて，多地点観 測データを用いて周囲のネットワークの増減履歴をベイズ推測により学習し，自身のネットワークへの攻撃イベントの増減を予測する手法を提案した．定常的に観測される攻撃とほとんど観測されない攻撃があり，前者についてはPort番号やAttack Signatureをキーにその推移を学習し，周囲のネットワークと自身のネットワークの攻撃イベント推移の類似度を，相関解析とクラスター解析によって導出して，この類似度を加味したイベント増減確率を算出する．後者については日頃観測されない攻撃の予兆とその後の推移を学習することで予測する．インターネット上に設置し た8つのIDSログを用いて，定常的な攻撃と殆ど観測されない攻撃の予測について評価を行い，定常的な攻撃については攻撃イベント推移の特徴に則した予測アルゴリズムを適用することで予測できること，予兆しか観測されない攻撃については小さな予兆からのイベント増加を予測できることを示した．

インターネットと独立した無線アドホックネットワークにおいて，分散管理型の公開鍵基盤を構築するために，電波の届く範囲内のノードに対して一斉通信が可能である無線ネットワークの特徴を利用することにより，各ノードは他ノードに対して公開鍵証明書を発行や失効した時点で，その情報をネットワーク全体にフラッディングする公開鍵証明書の配信方式を提案した．提案方式では，効率的に情報を分配するにあたりOLSR(Optimized Link State Routing)プロトコルのMPR(Multi Point Relay)集合を応用してネットワーク全体に情報を届けている．また，一時的に電波範囲外にいてパケットを受信できなかったノードのリポジトリ情報を補完するために，発行済みの公開鍵証明書と失効情報に関するリストを定期的に自身の電波範囲内にブロードキャストするリポジトリ同期方式も提案した．これらにより，各ノードは有効な証明書情報を迅速に集めることができ，また信頼の輪を構成する公開鍵証明書の失効状態を再確認する通信が不要になる．計算機シミュレーションにより評価を行い，従来からの証明書収集方式に比べて平均通信量を低減できることを示した．