論文

IP over ATMネットワークにおけるATMスイッチ内での輻輳制御法の一つであるEarly Packet Discard(EPD)方式は、通信帯域やバッファ領域を効果的に利用できるため有効な方法である。しかしながら、複数の先頭セルを短時間に受け付けた場合，それらの後続セルが多数到着し、バッファあふれが発生してしまうという問題があった。そこで、バッファ内にしきい値を2つ設け、新規パケットが到着した際に、同時に受け付けるポート数に応じて、異なるしきい値を用いてパケットを受け付けるか否かを決定することにより、バッファあふれを低減できるパケット廃棄法を提案し、計算機シミュレーションにより、スループット特性を劣化させることなくバッファあふれの発生を低減し、無効セル率特性を改善できることを示した。

伝送するビットを拡散符号系列の重み位置へ埋め込むエンベッド伝送方式において、マンチェスタ符号化を適用した光符号分割多元接続システムを提案した。マンチェスタ符号化を用いたシステムでは,2スロットから構成される重み位置に対して、いずれかのスロットへ伝送ビットに従って光パルスを送信する。受信側でしきい値判定することで,多元接続干渉(MAI)の影響を、前後スロットが共にしきい値を超える消失ビットとして受信することができ、消失ビットの復号処理の過程で、MAIの影響をBCH符号の訂正能力の範囲で除去できる。また,拡大BCH(eBCH)符号の利用によりさらにMAIの影響を除去でき、優れた誤り率特性を得られることを示した。

波長多重されたセルがスイッチに到着したとき、スイッチ内での波長を入出力サイズに関係なく独立的に割り当てることができる、可変波長コンバータを用いたブロードキャスト・セレクト光ATMスイッチを提案した。提案モデルでは、可変波長コンバータにより、動的に波長を割り当てることにより波長数の軽減を図っている。また、波長数軽減によるスループットの劣化を、入力バッファとビットレートアップコンバータにより、スイッチ内の最大転送セル数を増加することで改善している。ユニキャストセル及びマルチキャストセルが混在する均一トラヒックにおいて, 計算機シミュレーションを行った結果、提案モデルではセル棄却率特性を劣化させることなく、スイッチ全体で必要な波長数を軽減することができ、提案モデルの有効性が示された。

音声とデータの統合サービスを実現する予約方式のプロトコルとしてDRMA（Dynamic Reservation Multiple Access）方式が提案されている。DRMA方式は予約用に一定の帯域をあらかじめ確保する必要がなく、空きスロットを用いて予約を行うため、チャネル状況に対応したパケット送信が可能な方式であるが、複数パケットからなるデータメッセージを送信する際には1パケットを送信する毎に予約を取り直さねばならず、データメッセージ遅延が大きくなるという問題点がある。ここでは、音声パケット棄却率特性を劣化させずにデータメッセージ遅延特性を改善するために、提案方式1としてデータ端末に1フレーム中の複数スロットの予約を許すDRMA方式を提案した。また、データ端末の送信許可確率をあらかじめ設定することなく良好な音声パケット棄却率特性およびデータメッセージ遅延特性を実現するために、提案方式2としてデータ端末に複数スロットの予約を許し、端末の予約ミニパケットの送信状況に応じて指数関数バックオフ方式を用いて送信許可確率を制御するDRMA方式を提案した。計算機シミュレーションによって特性評価を行なった結果、提案方式は従来方式と比較して、音声パケット棄却率特性を劣化させることなくデータメッセージ遅延特性を改善できることを示した。

多元接続干渉を緩和することを目的として、繰返し巡回シフト系列を適用した光符号分割多元接続方式(RCS/CDMA)を提案した。k回繰返した提案方式では、各ユーザに割り当てた1つの拡散符号を任意に巡回シフトさせて得られるk個の符号系列を情報に応じて繰返し送信し、受信機側では所望信号として各フレームにおける相関の和をとる。したがって、所望信号は従来方式と比較して$k$倍になるのに対して、ユーザ間の符号系列シフト量の多様性から各フレームに干渉する確率は変わらないのでMAIを緩和することができる。k=2のRCS/CDMA方式において、情報変調にオン・オフ・キーイング(OOK)およびパルス位置変調(PPM)を用いた場合のビット誤り率特性を理論解析により導出し、従来のOOK-CDMA方式およびPPM-CDMA方式とそれぞれ比較して評価した結果、RCSを適用することで従来の誤り率特性をそれぞれ改善できることを示した。

伝搬遅延の異なるWDMシングルホップネットワークにおいて、ソースコンフリクト検出用カウンタを用いることによりメッセージ遅延を低減できる競合型チャネル予約プロトコルを提案した。ソースコンフリクトは、送信ノードが同一のタイムスロットにおいて、各々異なる波長を用いて2つ以上のメッセージの送信を行なう権利をもつ場合に生じる。送信ノードは、ソースコンフリクトによって送信されないメッセージに対して波長の再予約を行なう必要がある。提案プロトコルにおいては、各ノードがソースコンフリクトカウンタをもつことにより、波長割当てを行なう前にソースコンフリクトを検出することができる。波長割当てを行った後にソースコンフリクトが検出される従来プロトコルと比較して、提案プロトコルはソースコンフリクトを検出してから再予約を開始するまでの時間を低減できる。ソースコンフリクトを考慮したスループット特性の近似解析を行ない、近似解析結果と計算機シミュレーション結果が近い値をとることを示した。また、提案プロトコルと従来プロトコルについて平均メッセージ遅延特性の比較を計算機シミュレーションにより行ない、提案プロトコルは、負荷の増加に伴いスループット特性を劣化させることなく平均メッセージ遅延を大幅に改善できることを示した。

バーストの前方が棄却されるOCBSにおいて、バーストの前方に大きなパケットを配置することにより、ブロッキングによるIPパケットの損失を最小にできるIPパケット長を考慮したバースト生成方式を提案した。提案方式では、パケットの並び順にクラスをマッピングすることでQoS制御も可能となる。計算機シミュレーションにより評価し、従来方式と比較して、IPパケット棄却率特性が改善するとともに、QoS制御が可能となることを示した。

OOK-CDMA方式において、複数の強度の光パルスを送信することで、光ハードリミッタ(OHL)の干渉除去能力を高める方式を提案した。提案方式では、拡散符号の重み位置に光パルスを時間拡散させる際に、送信機側において可変スプリッタを適用し、光源で励起した光パルスを複数の強度のパルスに分岐させる。高い光強度レベルの重み位置では、OHLが強度の低いMAIを除去しやすくなるので、OHLの干渉除去能力を高めること ができる。アバランシェフォトダイオード(APD)の出力がガウス分布に従うとし、提案方式のビット誤り率を理論解析により導出し、理論解析を行った結果、提案方式は従来方式と比較して、OHLの干渉除去能力が高まり、優れたビット誤り率特性が得られることが示された。

直交周波数分割多重(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式において、空間的かつ時間的に変調を行うUSTM(Unitary Space-Time Modulation)を用いたUSTM/OFDMシステムが提案されている。USTMは、送受信側に複数のアンテナを用意し, 送信信号に空間的な冗長を付加することで、アンテナダイバーシチ利得を得る ことが可能となる方式である。一方、近年、符号理論の分野において、ターボ符号と同様にShannon限界に近い特性を示す誤り訂正符号として、低密度パリティ検査(LDPC: Low Density Parity Check)符号が注目されている。しかし、USTM/OFDMシステムにLDPC符号を適用したシステムの特性は明らかにされていない。ここでは、LDPC符号を用いたユニタリ空間時間変調OFDM方式を提案した。提案方式は周波数方向でマッピングを行うので、LDPC符号の復号時に周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。計算機シミュレーションにより提案方式のBER特性を明らかにする。その結果、提案方式はダイバーシチ利得および 符号化利得を得られ、BER特性が改善されることを示した。

現在，銀行やクレジットカード等に用いられている4桁の暗証番号によるユーザ認証の脅威についてまとめ、これまで提案されてきた対策手法について長所、短所の考察を交えて紹介した。これらの対策手法の中から、利便性とセキュリティ強度の兼ね合いを考慮した上で、入力位置情報を付加したパスワード認証方式を実装し、その操作性について評価し、さらに、その改善策を提案し，実装と評価を行い、利便性とセキュリティ強度が向上されることを示した。

通信端末がMN (Mobile Node)との通信において、RSVP (Resource reSerVation Protocol)を用いる場合、RSVPコネクションをMNの移動に伴い設定する必要がある。本論文では、従来方式と比較してコネクション設定時間，およびコネクションホップ数を共に改善するため、既存のRSVPコネクションを再利用するMNの移動に対応した動的RSVPコネクション設定方式を提案した。計算機シミュレーションにより特性を評価した結果、提案方式の有効性が示された。

MC-CDMA(Multi Carrier-Code Division Multiple Access)システムにおいて、フェ－ジングによる伝送品質の劣化を軽減するために、時空間ブロック符号化(STBC:Space-Time Block Code)を用いたCDMAシステムが提案されている。しかし、多重ユーザ数が多い場合、STBCを用いたCDMAシステムではBER特性が劣化する。本論文では、ユニタリ行列と 変調を組み合わせたユニタリ時空間変調(USTM:Unitary Space-Time Modulation)を用いたMC-CDMAシステムを提案した。USTMは，異なるアンテナから送信された信号が受信側で同時刻に重なって受信されないように設計できるため、多重ユーザ数が多い場合、USTMを適用したMC-CDMAシステムがユーザ間干渉を軽減し、STBCを用いたMC-CDMAシステムと比較してBER特性を改善することができる。計算機シミュレーションによる特性評価の結果、多重ユ－ザ数が多い場合、USTMを用いたMC-CDMAシステムは、STBCを用いたMC-CDMAシステムと比較してBER特性が改善でき、提案システムの有効性が示された。

パンクチャドパターンに対応したサブキャリアの振幅値を適切に割り当てることにより、平均光パワーを低減する、副搬送波多重赤外線無線通信方式を提案した。提案方式は、符号化率可変パンクチャド畳込み符号を用いた方式のように送信ビットを間引き消去することによって伝送レートを可変とする代わりに、伝送レートは固定であるが、対応するビットをダミー情報に置換し、サブキャリアの振幅値を適切に選択して割り当てることにより、全サブキャリアの振幅値の和を低減する。置換する 振幅値を選択する方法として、必ず振幅値0を用いる提案方式1、振幅値0, ±1のうちで最適なものを用いる提案方式2の2つの方法を検討し、特性解析を行った結果、送信光パワーを一定とした場合に,提案方式2は最も良いBER特性となることを示した。また、サブキャリア数を一定とした場合に、提案方式2が最も良い所要SNR特性を得られることを示した

FDL(Fiber Delay Line) を用いることなくIP パケットの棄却を低減可能なOCBS(Optical Composite Burst Switching) では、宛先エッジルータまでのホップ数とバースト信号長に関してパケット棄却率の公平性が満たされないという問題点がある。ここでは、ホップ数に関する公平性を改善するために、Head-Dropping を適用するか否かを決定する閾値を宛先エッジルータまでのホップ数に応じて設定し、Head-Droppingを行う方式を提案した。また、バースト信号長に関する公平性を改善するためにコアルータに複数の制御パケットが同時に到着した場合、到着したコアルータまでのホップ数が多い制御パケットを優先して処理する方式を提案した。計算機シミュレーションによる特性評価を行なった結果、ホップ数とバースト信号長に関してパケット棄却率の公平性をより改善できることが示された。

エンベッド伝送パルス位置変調(PPM) 光符号分割多元接続(OCDMA) 方式において、ビット誤り率を劣化させることなく加入者数を増加させる送信方式を提案した。従来のエンベッド伝送PPM-OCDMA方式がパルスを拡散させる拡散符号の重み位置にM-aryPPM-OCDMA 方式のスロットとその情報を埋め込んでいたのに対し、提案方式では、M-ary PPM-OCDMA方式の各重み位置に情報のみを埋め込んでエンベッド伝送を行う。提案方式では従来のエンベッド伝送PPM-OCDMA方式とは異なり、重み数がスロット数に依存しないので、重み数を小さくすることでビットレート一定下における加入者数を増加させることができる。フォトダイオード(PD)の出力がポアソン分布に従うとし、提案方式のビット誤り率を理論解析した結果、提案方式は、従来のエンベッド伝送PPM-OCDMA 方式と比較して、ビット誤り率10の-9乗以下を達成できる条件下において、ビットレートに対する最大同時ユーザ数を増加できることを示した。

WDMリングネットワークにおいて、マルチキャストパケットの送信には事前割当て方式を用い、ユニキャストパケットの送信には波長信号パワーの一部を検知してから送信する伝送方式を提案した。提案方式を用いることで、マルチキャストパケットは事前割当てマップを用いてデータパケットを優先的に同時に送信することが可能となるため、データパケット送信までの遅延時間を短縮し、データパケットの到着時間のばらつきを軽減することができる。結果として、従来方式と比べて平均パケット遅延特性を改善でき、マルチキャストパケットの目指す宛先ノード間で送信遅延時間の差を軽減できることを示した。

無線家庭内ネットワークのインタフェースであるWireless 1394のIsochronous転送において、誤り訂正のためのReed-Solomon符号の冗長度を増大することなく動画像品質を向上させるために、チャネル状態が悪化した場合に動画像符号化レートを下げて画像データ量を削減し、空いた帯域を用いてコピーデータを元のデータの送信後、一定の時間間隔を空けてから送信する動画像通信方式を提案した。計算機シミュレーションによって，提案方式のPSNR (Peak Signal to Noise Ratio)特性を求め，さらに視覚評価を行い，従来方式と比較して提案方式の動画像品質が向上することを示した。

従来提案されているRS符号を用いたマルチビット系列光CDMA方式では、データシンボルに応じて巡回シフト量を変化させて情報を送信し、RS符号を用いて誤り訂正を行うが、受信側では最大値検出を行うため、受信光パワーが低いと誤りが生じやすくなるという問題点があった。ここでは、マルチビット系列光CDMA方式に差動符号化を用いることを提案した。提案方式では、送信シンボルを、一つ前のスロットの送信シンボルと現スロットで送信するデータシンボルの2つのシンボルから決定する。受信機では各巡回シフト量をもつ符号系列ごと独立にしきい値判定を行う。しきい判定より符号系列が一意に決まらないスロットを消失スロットとすると、消失スロットのうち、しきい値以上であるシンボルが複数存在する場合、そのしきい値以上のシンボルを訂正候補とし、一意に決まった前後のスロットを利用して、シンボル推定を行う。しきい値判定を用いると、正しい送信シンボルが訂正候補になる確率が高くなるので、提案方式の消失訂正能力が向上する。理論解析を行い、提案方式のビット誤り率特性を導出し、ビットレート及び同時ユーザ数一定の元で、RS符号を用いたマルチビット系列-光CDMA方式と比較し、ビット誤り率特性を改善できることを示した。

WDM双方向リングネットワークにおけるコネクション確立において、宛先アドレスが競合する際、コネクション確立待ちのノードがコネクションを確立しデータ伝送を完了させるまでに大幅に時間がかかってしまうという問題点があった。本論文では、コネクション確立に要する時間を短縮するため、先にデータ伝送を完了させたノードがコネクション確立待ちのノードに送信権の受け渡しを行なうコネクション確立方式を提案し、計算機シミュレーションにより特性評価した結果、提案方式の有効性を示した。

3次元空間における目標追随に適用できる追随フィルタとして、旋回加速度推定を行なうカルマンフィルタが提案されているが、旋回飛行軌跡の半径及び角速度より算出される旋回面の中心方向への旋回加速度を用いて速度ベクトルの変化を表現しているため、半径及び中心点の推定値が大きくずれる傾向があり、正確な旋回加速度を推定できず、追随精度が劣化してしまうという問題があった。本研究では、2方向の角速度による等速・等角速度予測を行うカルマンフィルタを提案した。提案する追随フィルタでは、過去3サンプルの観測値から得られる2つの速度ベクトルの差分より、2方向の角速度を算出すし、等速円運動において速度ベクトルの回転速度が角速度と一致することを利用し,加速度項を用いずに速度ベクトルの変化を表現している。よって、推定半径及び推定中心点のずれによる誤差を零にすることができ、追随精度を向上させることができる。計算機シミュレーションにより、追随精度及び計算負荷について提案する追随フィルタの有効性を示した。