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Highly reliable and secure technologies for dependable wireless systems using redundancy in radio resource

雨澤 泰治 横浜国立大学 DOI:info:doi/10.18880/00013931

2021.06.17

概要

2030年代の社会像である包摂性、持続可能性、高信頼性を兼ね備えた強靭で活力のある社会を提供するためには、現実社会における様々な社会課題を解決する必要がある。そのためには、サイバー空間と現実世界が一体化するサイバー・フィジカル・システムを構築する必要がある。サイバー・フィジカル・システムを構築するためには高信頼や高情報セキュリティを提供するディペンダブル無線システムが不可欠となる。

時々刻々変化する複数のアプリケーションの状態や要求品質を把握し、各無線アクセス方式の通信品質と無線リソースの使用状況を総合的に判断し、時間、周波数、空間更には無線アクセス方式などを含めた無線リソースに存在する冗長性を最適に制御することで単独の無線アクセス方式や単独の無線チャネルでは実現できなかった高信頼や高情報セキュリティを提供するディペンダブル無線システムを実現することを目標に、本稿では対象とする無線リソースを時間と周波数に限定し、無線リソースと誤り制御を組み合わせたLayer2以下の技術で実現可能な高信頼・高情報セキュリティ技術の確立を目的とした。

提案した技術は3つの特徴を有している。1つ目の提案技術は利用可能な時間・周波数リソースを無線リソースの冗長性と捉え、利用可能な時間・周波数リソース全体に対して一括で前方誤り訂正を行う技術である。異なる周波数帯を同時利用することで誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ効果により高い周波数帯域を単独で利用するよりも低い周波数帯域と同時利用することで、同じ通信距離で高い周波数利用効率を、同じ周波数利用効率で長距離通信が可能であることを確認した。2つ目の提案技術は高信頼で切れないつまりPERが低いという観点だけではなくパケットの到着までの遅延時間などアプリケーションの要求品質を満足させるように時間・周波数リソースを効率的に利用するための再送ビット数を指定するIR-HARQ技術である。IR-HARQを適用することで再送回数を減らすことができることを確認した。その結果、無線チャネルの時間的使用率であるチャネル占有率の増加を抑えながら周波数利用効率を改善可能なことを確認した。1つ目の特徴と2つ目の特徴を実装した装置において同一距離においてPER、周波数利用効率、パケットの到着までの遅延時間が従来技術よりも改善することを確認した。しかしながら、再送が発生しないような近距離での通信では複数周波数帯同時利用のための制御情報がオーバーヘッドになり周波数利用効率は悪化することも確認した。3つ目の提案技術は前方誤り訂正符号として短縮符号を用いることで受信端末には誤り訂正能力を向上させることで攻撃耐性のある高信頼通信を提供し、攻撃と盗聴を同時に行うサイバーテロ端末には誤り訂正能力を低下させることで盗聴耐性を高める高情報セキュリティ技術である。短縮情報長を長くすることで2つのRATしか使わない場合でも相互情報量と盗聴通信路容量を改善できることを示し攻撃耐性と盗聴耐性を両立できることを確認した。更にRATを増やすことで対策の自由度が上がることも確認した。しかしながら、通信に利用する全てのRATを攻撃もしくは盗聴された場合には提案した技術の効果が無くなるため、上位Layerでのセキュリティ対策である暗号化や認証を併用することが必要であることを確認した。最後に提案した技術のビジネス化の展望について述べる。

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