インターネット情報流の輻輳における臨界ゆらぎと複雑系制御方法の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13831010
• Research Institution: Future University-Hakodate
• Principal Investigator: 高安 美佐子 公立はこだて未来大学, システム情報科学部, 助教授 (20296776)
• Keywords: インターネット / 情報流 / 相転移 / 臨界点制御 / 自己変調過程 / 1／fゆらぎ / 移動平均 / LEAP

Research Abstract

インターネットの情報流が渋滞・非渋滞の相転移を起こしていることを既に発見しているが、その応用として情報流の臨界点制御に関する研究を進めた。まず、数値シミュレーションによって、インプットされる情報流量が増えると、相転移の臨界点を境に、無駄な再送パケットが急増することを明らかにした。この再送のメカニズムを分析し、通信確認のプロトコルであるアクノリッジパケットに関連した基本的な送信方法に問題があることを見出し、改良方法を考案した。
受信側が発したアクノリッジパケットを一定時間内に受け取れなかった場合に、従来の手法では、送信側が以前に送信したパケットをもう一度送りなおすことになっているが、実際には、データパケットは受信側に届いているにもかかわらず、アクノリッジパケットが渋滞で消滅あるいは遅れただけであることがある。新しい方法では、送信側は一度送信したパケットは基本的には再送せず、アクノリッジパケットで受信側に届いていないことが確認されたデータパケットのみを再送する。LEAPと名付けたこの手法は簡単に実装することが可能であり、また、シミュレーションによって無駄な再送が劇的に減少でき、結果として、渋滞時の既存のTCPを利用した場合の2倍程度まで、通信を大幅に改良できることが期待できることを示した。
情報転送の臨界点において1/fゆらぎが観測されることが確認されているが、このようなゆらぎが発生する基本的なメカニズムとして、過去の時系列の移動平均値によって確率過程のパラメータが随時変更されるような自己変調過程と名付けた確率過程を考案した。さらに、この確率過程において、最も単純な場合に1/fゆらぎが実現することを厳密に証明し、データ解析の手法にも適用可能であることを示した。

Research Products

• [Publications] Misako Takayasu, Hideki Takayasu: "Self-modulation processes and resulting generic 1/f fluctuations"Physica A. 324. 101-107 (2003)
• [Publications] T.Mizuno, S.Kurihara, M.Takayasu, H.Takayasu: "Analysis of high-resolution foreign exchange data of USD-JPY for 13 years"Physica A. 324. 296-302 (2003)
• [Publications] N.Sazuka, T.Ohira, K.Marumo, T.Shimizu, M.Takayasu, H.Takayasu: "A dynamical structure of high-frequency currency exchange market"Physica A. 324. 366-371 (2003)
• [Publications] Y.Tamura, M.Takayasu, H.takayasu: "TCP Optimization for Elimination Duplicate Segments in Congested Networks"Information Prccessing Society of Japan (IPSJ) Journal. 45-6. (2004)