研究者詳細 - 山中　直明

論文 - 山中　直明

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Scalable Active Optical Access Network Using Variable High-Speed PLZT Optical Switch/Splitter

芦沢国正, 佐藤丈博, 徳橋和将, 石井大介, 岡本聡, 山中直明, 大木英司

IEICE TRANSACTIONS on Communications E95-B （ 3 ） 730-739 2012年03月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

This paper proposes a scalable active optical access network using high-speed Plumbum Lanthanum Zirconate Titanate (PLZT) optical switch/splitter. The Active Optical Network, called ActiON, using PLZT switching technology has been presented to increase the number of subscribers and the maximum transmission distance, compared to the Passive Optical Network (PON). ActiON supports the multicast slot allocation realized by running the PLZT switch elements in the splitter mode, which forces the switch to behave as an optical splitter. However, the previous ActiON creates a tradeoff between the network scalability and the power loss experienced by the optical signal to each user. It does not use the optical power efficiently because the optical power is simply divided into 0.5 to 0.5 without considering transmission distance from OLT to each ONU. The proposed network adopts PLZT switch elements in the variable splitter mode, which controls the split ratio of the optical power considering the transmission distance from OLT to each ONU, in addition to PLZT switch elements in existing two modes, the switching mode and the splitter mode. The proposed network introduces the flexible multicast slot allocation according to the transmission distance from OLT to each user and the number of required users using three modes, while keeping the advantages of ActiON, which are to support scalable and secure access services. Numerical results show that the proposed network dramatically reduces the required number of slots and supports high bandwidth efficiency services and extends the coverage of access network, compared to the previous ActiON, and the required computation time for selecting multicast users is less than 30 msec, which is acceptable for on-demand broadcast services.

Fast Optimal Replica Placement with Exhaustive Search Using Dynamically Reconfigurable Processor

竹下秀俊, 清水翔, 石川弘之, 渡辺昭文, 荒川豊, 山中直明, 芝康介

Journal of Computer Networks and Communications 2011 （ Article ID 707592 ） 1-11 2011年12月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

This paper proposes a new replica placement algorithm that expands the exhaustive search limit with reasonable calculation time.
It combines a new type of parallel data-flow processor with an architecture tuned for fast calculation. The replica placement
problem is to find a replica-server set satisfying service constraints in a content delivery network (CDN). It is derived from the
set cover problem which is known to be NP-hard. It is impractical to use exhaustive search to obtain optimal replica placement in
large-scale networks, because calculation time increases with the number of combinations. To reduce calculation time, heuristic
algorithms have been proposed, but it is known that no heuristic algorithm is assured of finding the optimal solution. The proposed
algorithm suits parallel processing and pipeline execution and is implemented on DAPDNA-2, a dynamically reconfigurable
processor. Experiments show that the proposed algorithm expands the exhaustive search limit by the factor of 18.8 compared
to the conventional algorithm search limit running on a Neumann-type processor.

2×2光スイッチを用いた高信頼・低光損失光アグリゲーションネットワークの設計手法

佐藤丈博, 芦沢國正, 徳橋和将, 石井大介, 岡本聡, 大木英司, 山中直明

電子情報通信学会論文誌 B J94-B （ 11 ） 1508-1512 2011年11月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

Fast Fault Recovery Method with Preestablished Recovery Table for ReliableWide Area Layer-2 Network

栗本崇, 寺澤緑, 清水翔, 岡本聡,山中直明

International Scholarly Research Network(ISRN) Communications and Networking 2011 （ 941605 ） 1-8 2011年10月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

Recently, wide area Ethernet, which provides virtual connections between company branches by using Ethernet technology, has become wide spread. Ethernet originally lacked fault recovery mechanisms required in wide area networks (WANs) since it originated as local area network (LAN) technology. Protection mechanism against link or node failure is proposed in Ethernet network, but many frame losses are inevitable during the switch over to the backup path. Therefore, to improve reliability of wide area Ethernet, a fault recovery method with few frame losses is required. This paper proposes a fast fault recovery method for reducing frame losses during the switching over to another route. To achieve fast recovery, a pre-established forwarding table is introduced, which is searched when a fault occurs and frames are forwarded. This paper also proposes a bandwidth control function to guarantee the quality of service of connections that do not use the failed link when a fault occurs. A computer simulation showed that by adding the proposed fault recovery method to the conventional protection method, frame losses can be decreased. The proposed fault recovery method was implemented on a software switch framework to confirm its effectiveness.

自己組織化省エネルギーネットワークMiDORiにおける消費電力最適化のためのトポロジー計算手法

米津遥, 石井大介, 岡本聡, 大木英司, 山中直明

電子情報通信学会論文誌 B J94-B （ 10 ） 1323-1331 2011年10月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

近年,インターネットの普及に伴いトラヒック量及びネットワークの消費電力が増加していることにより,ネットワークの省電力化が重要な課題となっている. そこで,ネットワーク内のトラヒックを特定リンク上に集約し,未使用リンクの電源を落とすことによつて省電力化を実現するMiDORiが提案されている.MiDORiネットワークでは,一定時間ごとにトラヒック量に応じて物理トポロジーの最適化を行うために,実用的な省電カトポロジーの計算手法が必要となる.そこで本論文では,元のトポロジーから一定数のリンクを削減するごとに,ネットワーク性青とを維持可能なトポロジーを局所最適解として選択することで,省電カトポロジーを導出可能な計算手法を提案する.また, トラヒック集約により,1リンク当りのトラヒック負荷が高い省電力ネットワークにおける障害回復方式として,protection方式及びrestration方式を提案する,計算機シミュレーションにより,提案する省電カトボロジー計算手法の省電力効果,計算時間における有効性を示し,二つの障害回復方式を比較検討する. 最後に, 自律的なトポロジー最適化を可能とするMiDORiネットワークのプロトタイプシステムを紹介する.

スマートグリッド環境において気象観測情報を用いない高精度な短期的太陽光発電出力予測手法の提案

松本隼, 石井大介, 岡本聡, 大木英司, 山中直明

電子情報通信学会論文誌 B J94-B （ 10 ） 1373-1382 2011年10月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

近年日本では家庭用ソーラーパネルやマイクロCHPが急速に普及しており, それらの分散化された発電エネルギーの利用法が日本におけるスマートグリッド研究課題の一つである. 効率的な発電エネルギー利用のため消費デバイスとのスケジューリング連携が有効であり, 太陽光発電出力量の短期的な予測が重要となる. 従来の太陽光発電出力予測手法は主に中長期的な規則性を伴う出力変動について議論しており, 気候による不規則な変動の激しい短期的な予測には適さない. また既存の短期的な予測手法についても特別な気象観測機器が必要であるという課題が残る. そこで本論文では, 気象観測情報を用いずに各ソーラーパネルの発電出力情報のみを用いて予測する手法を提案する. 本手法では, ネットワークに接続されたスマートメータから各地点の発電出力情報をサンプリングし, データ補間及びオプティカルフロー推定技術を用いて, 各地点における将来の発電出力量を予測する. その際, 過去のサンプリングデータを仮想的に補間元データとして用いるバーチャルサンプリングにより, 少ないサンプリング数でも高精度な予測を可能とする. コンピュータシミュレーションにより, 本予測手法の有効性及びバーチャルサンプリングによる予測精度の改善を示す.

Performance Evaluation of TCP/IP over SCTP/IP Parallel Networking with Parallel Route Transmission

山中直明

電子情報通信学会英文論文誌 E94-B （ 8 ） 2394-2396 2011年08月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

In this paper, Transmission Control Protocol/Intemet Protocol(TCP/IP) over Stream Control Transmission Protocol (SCTP)/IP parallel transmission system is proposed to realize large TCP/IP throughput. The proposed system enables SCTP/IP connection between switches by protocol stacking. The proposed system is implemented on a software switch to evaluate its performance. The evaluation result indicates that proposed system can achieve 90% throughput compared with serial transmission when the delay difference among parallel routes is 20 msec.

通信技術が生むスマートネットワークの新しいビジネスチャンス

山中直明

CIAJ Journal （ 6月） 12-17 2011年06月

研究論文（学術雑誌）, 単著

On-Demand Multicast Slot Allocaton Scheme For Active Optical Access Network Using PLZT High-Speed Optical Switches

山中直明

Cyber Journals: Multidisciplinary Journals in Science and Technlogy, Journal of Selected Areas in Telecommunications JSAT （ May 2011 Edition ） 19-27 2011年05月

研究論文（学術雑誌）, 共著

This paper proposes an on-demand multicast slot allocation scheme for an active optical access network that uses Mach-Zehnder-type high-speed optical switches, which are achieved by the Plumbum Lanthanum Zirconate Titanate (PLZT) switching technology. The Active Optical Network, called ActiON, is based on slot-based switching. Compared to the Passive Optical Network (PON), ActiON quadruples the number of subscribers (128 users) per optical line terminal (OLT) and doubles the maximum transmission distance (40 km) between OLT and optical network units (ONUs). However, as ActiON uses slot-based switching, it needs a large number of slots to deliver multicast contents to the requesting users. This greatly lowers network utilization rates. The proposed multicast slot allocation scheme overcomes this problem to provide on-demand multicast services, while keeping the advantages of ActiON. Multicast delivery is realized by running the Mach-Zehnder-type high-speed optical switch elements in distribution mode, which forces the switch to behave as an optical splitter. The proposed scheme iteratively solves the integer linear programming (ILP) problem to associate multicast users with slots. Numerical results show that the proposed scheme dramatically reduces the required number of slots, compared to non-multicast ActiON and provides comparable the performance of bandwidth efficiency to 10 G-EPON, and the required computation time of the proposed scheme is less than 0.3 sec, which is feasible for on-demand services.

Highly Energy Efficient Layer-3 Network Architecture Based on Service Cloud and Optical Aggregation Network

山中直明

電子情報通信学会英文論文誌 E94-B （ 4 ） 894-903 2011年04月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

The Internet is an extremely convenient network and has become one of the key infrastructures for daily life. However, it suffers from three serious problems; its structure does not suit traffic centralization, its power consumption is rapidly increasing, and its round-trip time (RTT) and delay jitter are large. This paper proposes an extremely energy efficient layer-3 network architecture for the future Internet. It combines the Service Cloud with the Cloud Router and application servers, with the Optical Aggregation Network realized by optical circuit switches, wavelength-converters, and wavelength-multiplexers/demultiplexers. User IP packets are aggregated and transferred through the Optical Aggregation Network to Cloud transparently. The proposed network scheme realizes a network structure well suited to traffic centralization, reduces the power consumption to 1/20-1/30 compared to the existing Internet, reduces the RTT and delay jitter due to its simplicity, and offers easy migration from the existing Internet.

光スイッチを用いた10ギガビット／秒アクティブ光アクセスシステムの研究開発

若山浩二, 山中直明

Electronics Product Digest 27 （ 12 ） 17 2010年12月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

レーザ生誕50周年を迎えて

篠原弘道, 山中直明

電子情報通信学会誌 93 （ 12 ） 1057-1059 2010年12月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

1960年にT.H.Maimanがヒューズ・リサーチ・ラボラトリで初めてレ-ザ光の発振に成功してから50年を迎えた.電子情報通信学会東京支部では,記念すべきこの年に,レ-ザの発展に多大な貢献をされた霜田光一,末松安晴両博士の講演会を7月1日に開催した.レ-ザ研究の経緯や発見・発明のエピソード,開発の苦労,その後の応用について,当時を知る両氏からしか聞くことのできない貴重な話を伺った.講演会の後,両氏の厚意により, 50年前の古い資料を拝見するアーカイブズ展示会を実施した. Maiman,Javan, Lambら,メ-ザ・レ-ザのれい明期の論文や手書き原稿,当時の写真,レ-ザ発明当時の製造機器,世界をリードしてきた日本国内各社のレ-ザ製品,関連するノーベル賞受賞者と講師の交流の記録などに多くの参加者が見入った.今日,情報,通信,映像などのICT産業のみならず, 医療,加工,分析などあらゆる分野においてレ-ザが果たしている役割の大きさは計り知れない.講演会,展示会とも,レ-ザ発明の歴史的偉業とその後の発展の歴史のみならず,日本の進むべき技術立国のビジョンに対して勇気と活力を与えられるものであった.講演会当日は, 200名を超える聴衆が会場を埋め尽くしたが,このような貴重な講演は,聴講者だけでなく,その一端だけでも広く会員に紹介すべきとの意見を多数頂だいしたため,本誌に寄稿するものである.

連続送信型フレームを用いたアクティブ光アクセスネットワークのレンジング方式

山中直明

電子情報通信学会論文誌 J93-B （ 8 ） 1087-1091 2010年08月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

High-energy Efficient Layer-3 Network Architecture based on Solitary Universal Cloud Router and Optical Aggregation Network

山中直明

9th International Conference on Optical Internet 2010(COIN2010) 2010年07月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

通信品質を考慮したエネルギー消費を減少させる通信網再構成手法

山中直明

SCAT TECHNICAL JOURNAL TELECOM FRONTIER NO.67 2010 SPRING （ 67 ） 19-31 2010年05月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

Green ITとよばれ近年, 地球環境に配慮した技術開発が重視されつつある. 情報ネットワークの分野においてもネットワークの広帯域化とサービスの質の向上による増え続ける需要をさばくためのネットワークリソースは急増し, それによる看過できない電力消費の伸びが指摘され始めるなどており, ネットワークの省電力化は今後重視すべき課題である. 装置やデバイスのみではなく, 運用方法やアーキテクチャを組み合わせた検討が必要である. 本提案は, いままであまりアプローチされていなかった, 通信ネットワークの消費電力を通信品質を保証しながら最適に制御する方法を, すべての組み合わせを計算する方法を研究した. いままでは計算時間が膨大過ぎて現実的ではないと思われていた集合被覆問題に帰着させ, リコンフィギャラブルプロセッサデバイスを用いて高速に解き, さまざまなネットワークリソースを, もっとも省電力で使用する構成を動的に求めることを可能にするものである. 具体的にはネットワークリンクを必要最小数のみパワーオンし, またルートも必要最少とするような省電力ルータの制御を行うことができる計算エンジンを提案する. また, エンジンによって計算した結果を実ネットワークに反映させ, リンクをon/offするプロトコルをGMPLSを拡張して実現し, また, プロトタイプシステムで実験的に確認した.

10ns, PLZT超高速光スイッチと加入者系システムへの応用

山中直明

NewBreeze 22 （ 2 ） 16-17 2010年04月

研究論文（学術雑誌）, 単著

A new optical access network architecture called called Active Optical Network (ActiON) is proposed which uses a newly-developed 10 nsec PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) high-speed optical switch. ActiON can handle four times the number of subscribers(128) that GEPON can handle as well as doubling the transmission distance(to 40 km). Moreover, users can enjoy secure communication in ActiON because it is a switch-based system. However, ActiON has to overcome a Discovery-Ranging process issue because an optical switch cannot broadcast signals. In this paper, the architecture of ActiON and a novel Discovery-Ranging process technique is proposed. The proposed access system architecture and high-speed PLZT switch will be able to be applied to next generation broadband access systems.
Keywords

連続送信型フレームを用いたアクティブ光アクセスネットワークのレンジング方式

徳橋和将, 芦沢國正, 石井大介, 荒川豊, 岡本聡, 山中直明

電子情報通信学会和文論文誌 J93-B （ 8 ） 1087-1091 2010年03月

研究論文（学術雑誌）, 共著

Interoperability Experiment of VLAN Tag Swapped Ethernet and Transmitting High Definition Video through the Layer-2 LSP between Japan and Belgium

Sho Shimizu, Wouter Tavernier, Kou Kikuta, Masahiro Nishida, Daisuke Ishii, Satoru Okamoto, Didier Colle, Mario Pickavet, Piet Demeester,YAMANAKA NAOAKI

電子情報通信学会英文論文誌 E93.B （ 3 ） 736-740 2010年03月

研究論文（学術雑誌）, 共著

Evaluation of prototype for 10Gbps active optical access system

Wakayama Koji, Hasegawa Chie, Ishii Daisuke, Yamanaka Naoaki

436 - 437 2010年

Resource Minimization Method Satisfying Delay Constraint for Replicating Large Contents

Sho Shimizu, Hiroyuki Ishikawa, Yutaka Arakawa, Kosuke ShibaYAMANAKA NAOAKI

IEICE Transactions on Communications E92-B （ 10 ） 3102-3110 2009年10月

研究論文（学術雑誌）, 共著

How to minimize the number of mirroring resources under a QoS constraint (resource minimization problem) is an important issue in content delivery networks. This paper proposes a novel approach that takes advantage of the parallelism of dynamically reconfigurable processors (DRPs) to solve the resource minimization problem, which is NP-hard. Our proposal obtains the optimal solution by running an exhaustive search algorithm suitable for DRP. Greedy algorithms, which have been widely studied for tackling the resource minimization problem, cannot always obtain the optimal solution. The proposed method is implemented on an actual DRP and in experiments reduces the execution time by a factor of 40 compared to the conventional exhaustive search algorithm on a Pentium 4 (2.8 GHz).

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