モバイル原子時計ネットワークによる超高精度分散型時刻同期技術の研究開発

私たちの現代生活に不可欠な日本標準時(JST: Japan Standard Time)は、国立の研究機関である情報通信研究機構(NICT)が生成して日本各地に供給しています。日本標準時は、水素メーザ原子時計やセシウムビーム型原子時計、光格子時計などの高精度な原子時計を20台ほど集約化することによって生成されます。現在の原子時計は大型であるため持ち運びはできませんが、2030年を過ぎた頃の近未来にはスマートフォンなどのモバイル端末に安価で小型な原子時計チップを搭載することが想定されています。

本研究室では、NICTや群馬大学との共同研究プロジェクトとして、原子時計チップの普及を見据えた分散型時刻同期技術の研究開発を行っています。この研究プロジェクトでは、先端的なシステム制御理論を駆使することによって、時々刻々とネットワーク構造が変化する原子時計群に対して超高精度な時刻同期を達成する分散アルゴリズムを開発します。具体的には

  • 時刻比較情報の遅延を考慮した最尤時刻推定アルゴリズムの開発

  • 多数原子時計を集約するための分散協調アルゴリズムの開発

  • 原子時計の劣化を検出する異常検知アルゴリズムの開発

  • 時刻比較頻度の最適化アルゴリズムの開発

などに取り組んでいます。これらの研究開発には、分散協調制御確率システムカルマンフィルタ最尤推定機械学習イベントトリガー制御などのシステム制御分野の技術や知見の統合が不可欠です。

本研究グループが開発する分散型時刻同期アルゴリズムは、NICTが所有する総合テストベッド環境(StarBED4)を用いたエミュレーションによって有効性を検証した後で、セイコーソリューションズ他が開発する原子時計チップ搭載の有無線モジュールに実機実装される計画となっています。モバイル原子時計ネットワークによる超高精度な時刻同期は、Beyond 5Gを実現する基礎にも位置づけられています。展開領域スマートグリッド金融取引放送自動運転など多岐に渡ります。本研究開発を通して、未来の高度情報通信社会にシステム制御理論で貢献することを目指します

総務省:令和4年度から新たに実施する電波資源拡大のための研究開発 [Link]

  • 研究開発課題:小型原子時計を搭載した有無線時刻・周波数同期技術の研究開発2022.08.01-2026.03.31

  • 技術課題:分散時刻同期アルゴリズムに関する研究開発

  • 研究機関:NICT、東京工業大学、群⾺⼤学、セイコーソリューションズ株式会社、株式会社レイドリクス

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