無線端末数爆発時代の自律分散協調メカニズム

• 研究課題/領域番号: 15H04008
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 通信・ネットワーク工学
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 笠原 正治 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20263139)
• 研究協力者: 笹部 昌弘 ; 川原 純 ; 張 元玉
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2015年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 協調メカニズム / コグニティブ無線 / 多腕バンディット問題 / ゲーム理論 / データ構造 / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / 部分観測マルコフ決定過程 / ZDD / 機械学習

研究成果の概要

本研究では，コグニティブ無線に焦点を当て，莫大な数の無線端末が存在する環境下において周波数資源の利用状況を正確に把握し，周波数資源を効率的に利用する自律分散型協調制御メカニズムについて研究を行った．具体的には，協調センシングにおける処理負荷を考慮した合併・分離アルゴリズム，および機械学習を応用した自律分散型協調グループ形成法の二点について，ゲーム理論に基づくインセンティブ設計や多腕バンディット問題アルゴリズムを応用した方式の提案を行い，計算機シミュレーションによって提案方式の有効性を定量的に検証した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では，爆発的な数の無線端末機器群に対して限られた無線周波数資源を空間的にも時間的にも効率的に使用する自律分散的協調制御手法を確立するため，(1)無線端末の逐次的意志決定問題，(2)無線端末の行動決定アルゴリズム，の二点の要素技術について開発を行った．これらの要素技術はコグニティブ無線への応用だけでなく，莫大な数の構成要素が目的達成に向けて協調して制御を行う系全般に適用可能な基本技術であり，応用範囲は極めて広い．

研究成果

• [雑誌論文] Effect of Bitcoin fee on transaction-confirmation process (2019)
  • 著者名/発表者名: Kasahara Shoji, Kawahara Jun
  • 雑誌名: Journal of Industrial & Management Optimization 巻: 15 号: 1 ページ: 365-386
  • DOI: 10.3934/jimo.2018047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Construction of Binary Decision Diagrams for Network Reliability with Imperfect Vertices (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun Kawahara, Koki Sonoda, Takeru Inoue, and Shoji Kasahara
  • 雑誌名: Reliability Engineering & System Safety 巻: 188 ページ: 142-154
  • DOI: 10.1016/j.ress.2019.03.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enumerating All Spanning Shortest Path Forests with Distance and Capacity Constraints (2018)
  • 著者名/発表者名: NAKAHATA Yu、KAWAHARA Jun、HORIYAMA Takashi、KASAHARA Shoji
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E101.A 号: 9 ページ: 1363-1374
  • DOI: 10.1587/transfun.E101.A.1363
  • NAID: 130007479535
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • 年月日: 2018-09-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geographical risk analysis based path selection for automatic, speedy, and reliable evacuation guiding using evacuees’ mobile devices (2018)
  • 著者名/発表者名: Hara Takanori、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
  • 雑誌名: Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing 巻: 10 号: 6 ページ: 2291-2300
  • DOI: 10.1007/s12652-018-0826-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance Optimization of Parallel-Distributed Processing with Checkpointing for Cloud Environment (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirai, T., Masuyama, H., Kasahara, S., and Takahashi, Y.
  • 雑誌名: Journal of Industrial and Management Optimization 巻: 印刷中 号: 4 ページ: 1423-1442
  • DOI: 10.3934/jimo.2018014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Congestion-Aware Route Selection in Automatic Evacuation Guiding Based on Cooperation between Evacuees and Their Mobile Nodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasai, Y., Sasabe, M., and Kasahara, S.
  • 雑誌名: EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 巻: 2017:164 号: 1
  • DOI: 10.1186/s13638-017-0948-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Offline Mobile Application for Automatic Evacuation Guiding (2017)
  • 著者名/発表者名: Itoi, J, Sasabe, M., Kawahara, J., and Kasahara, S.
  • 雑誌名: Scientific Phone Apps and Mobile Devices 巻: 3:1 号: 1
  • DOI: 10.1186/s41070-017-0013-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Automatic Evacuation Guiding Scheme Based on Implicit Interactions between Evacuees and Their Mobile Nodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, N., Sasabe, M., Kawahara, J., and Kasahara, S.
  • 雑誌名: GeoInformatica 巻: - 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1007/s10707-016-0270-1
  • NAID: 120005895799
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamic Task Scheduling for Energy Harvesting Nodes in Wireless Sensor Networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Maeda, A., Kasahara, S., and Takahashi, Y.
  • 雑誌名: The 11th International Conference on Queueing Theory and Network Applications (QTNA2016) 巻: - ページ: 1-8
  • DOI: 10.1145/3016032.3016054
  • NAID: 110009901862
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Accuracy Improvement for Backup Tasks in Hadoop Speculative Algorithm (2016)
  • 著者名/発表者名: Apichanukul, W., Kawahara, J., and Kasahara, S.
  • 雑誌名: 2016 IEEE International Conference on Computer and Information Technology (CIT) 巻: - ページ: 500-507
  • DOI: 10.1109/cit.2016.17
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On Information Sharing Scheme for Automatic Evacuation Guiding System Using Evacuees' Mobile Nodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, N., Sasabe, M., and Kasahara, S.
  • 雑誌名: Mobile Web and Intelligent Information Systems (The 13th International Conference on Mobile Web and Intelligent Information Systems (MobiWis 2016) 巻: 9847 ページ: 213-221
  • DOI: 10.1007/978-3-319-44215-0_17
  • NAID: 120006659586
  • ISBN: 9783319442143, 9783319442150
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Simple Algorithm of Centralized Flow Management for Data Centers (2016)
  • 著者名/発表者名: Tuchin, A. E., Sasabe, M., and Kasahara, S.
  • 雑誌名: The 22nd Asia-Pacific Conference on Communications (APCC 2016) 巻: － ページ: 268-273
  • DOI: 10.1109/apcc.2016.7581436
  • NAID: 120006659585
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Automatic Evacuation Guiding Scheme Using Trajectories of Mobile Nodes (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuhisa Komatsu, Sasabe Masahiro, Jun Kawahara and Shoji Kasahara
  • 雑誌名: Mobile Web and Intelligent Information Systems 巻: 9228 ページ: 3-14
  • DOI: 10.1007/978-3-319-23144-0_1
  • NAID: 120006659588
  • ISBN: 9783319231433, 9783319231440
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multi-server Queue with Job Service Time Depending on a Background Process (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Sakata and Shoji Kasahara
  • 雑誌名: Queueing Theory and Network Applications, Advances in Intelligent Systems and Computing 巻: 383 ページ: 163-171
  • DOI: 10.1007/978-3-319-22267-7_15
  • NAID: 120006659587
  • ISBN: 9783319222660, 9783319222677
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] モバイル・エッジ連携型自動避難誘導における迅速性・安全性・避難所容量を考慮した避難所選択方式 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田 大樹, 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (CQ2018-86), pp. 59-64
• [学会発表] Tit-for-Tat型P2Pファイル配信におけるピア間の近傍性を考慮したピースの等価交換の緩和に関する検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西 洋平, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2018-232), pp. 231-236
• [学会発表] IoTのための柔軟な分散型属性ベース・アクセス制御の実現 ～ Ethereumブロックチェーンベースのフレームワーク ～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 豊 美玲, 張 元玉, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2018-251), pp. 343-348
• [学会発表] IoTに向けたEthereumブロックチェーンを用いたCapability-Based Access Controlの実装 ～ アクションレベルでのCapabilityの構築 ～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村 優太, 張 元玉, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2018-252), pp. 349-354
• [学会発表] Hadoopデータセンタにおけるオークションメカニズムを用いた料金設定と計算資源割当て手法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 真鍋 優, 川原 純, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (ICM2018-57), pp. 43-48
• [学会発表] A Batch-Service Queueing System with General Input and Its Application to Analysis of Mining Process for Bitcoin Blockchain (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawase Yoshiaki, Kasahara Shoji
  • 学会等名: 2018 IEEE International Conference on Blockchain (Blockchain-2018), pp. 1440-1447
  • 国際学会
• [学会発表] 道路網におけるユーザの利己的行動と情報共有が分散型経路選択方式に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (CQ2018-11), pp. 59-64
• [学会発表] 道路網におけるユーザの寛容性と情報共有が分散型経路選択方式に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2018-26), pp. 63-68
• [学会発表] Hadoop データセンタの運営における留保価格を用いた料金設定手法の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 真鍋 優, 川原 純, 笠原 正治
  • 学会等名: マルチメディア，分散，協調とモバイル (DICOMO2018) シンポジウム, pp. 754-759
• [学会発表] モバイル・エッジ連携型自動避難誘導における迅速性・安全性・避難所容量を考慮した避難所選択方式に関する一検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田 大樹, 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2018年ソサイエティ大会, 講演論文集, B-11-12
• [学会発表] 道路網におけるユーザの利己性を考慮した最適ルーティングのためのトラヒック情報制御方式 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2018-160), pp. 23-28
• [学会発表] 道路網におけるユーザの利己的行動と通信環境が分散型経路選択方式に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会 コミュニケーションクオリティ研究会, 第5回コミュニケーションクオリティ（CQ）基礎講座ワークショップ -QoE・ユーザ行動に基づく通信サービスデザイン・制御 part 2-
• [学会発表] グラフ分割集合を表す ZDD に対する連結成分重み比制約の効率的な実現 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中畑 裕, 川原 純, 笠原 正治
  • 学会等名: 情報処理学会研究報告 アルゴリズム（AL）, vol.2018-AL-166, no.3, pp.1-8
• [学会発表] Tit-for-Tat型P2Pファイル配信におけるピアのchurnが平均ファイル取得時間に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 香山 侑槻, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2017-181), pp.79--84
• [学会発表] クラウドプラットフォームにおける継続的にエラーイベントを発生させるタスクの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 萬代 光治, 川原 純, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (ICM2017-64), pp.49--54
• [学会発表] 組合せバンディットを用いたコグニティブ無線におけるグループ形成方策 (2018)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 翔, 川原 純, 笠原 正治
  • 学会等名: 人工知能学会 第106回人工知能基本問題研究会 (SIG-FPAI), vol. B5, no. 3, pp. 88-93
• [学会発表] 道路網における情報共有とユーザの利己的行動が分散型経路選択方式に与える影響に関する一検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2018年総合大会, 講演論文集, B-11-9
• [学会発表] 避難者・モバイル端末間連携型自動避難誘導における経路の長さと信頼性を考慮した避難経路選択方式に関する一検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原 崇徳, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会 NS/IN 併催研究会
  • 発表場所: 沖縄県中頭郡読谷村・沖縄残波岬ロイヤルホテル
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] 複数プライマリ・ユーザ型コグニティブ無線における協調センシングのための通信機会を考慮したセカンダリ・ユーザ間グループ形成手法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田 知弘, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会 NS/IN 併催研究会
  • 発表場所: 沖縄県中頭郡読谷村・沖縄残波岬ロイヤルホテル
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] コグニティブ無線における協調センシングのための多腕バンディット問題を応用したグループ形成法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 翔, 川原 純, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会 NS/IN 併催研究会
  • 発表場所: 沖縄県中頭郡読谷村・沖縄残波岬ロイヤルホテル
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] Short and Reliable Path Selection for Automatic Evacuation Guiding Based on Interactions between Evacuees and Their Mobile Nodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Hara, T., Sasabe, M., and Kasahara, S.
  • 学会等名: The 14th International Conference on Mobile Web and Intelligent Information Systems (MobiWis 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Maximizing Communication Opportunity for Collaborative Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishida, T., Sasabe, M., and Kasahara, S.
  • 学会等名: International Telecommunication Networks and Applications Conference 2017 (ITNAC 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Enumerating All Rooted Shortest Path Forests Using Zero-suppressed Binary Decision Diagrams (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakahata, Y., Kawahara J., Horiyama, T., and Kasahara, S.
  • 学会等名: The 20th Korea-Japan Joint Workshop on Algorithms and Computation (WAAC 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] コグニティブ無線におけるシステム負荷と検知率貢献度を考慮した協調センシングメカニズムの一検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田 知弘, 笹部 昌弘, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2017-81), pp. 61-66
• [学会発表] k-out-of-Nルールによる協調センシングのためのマルコフ連鎖モンテカルロ法を用いたパラメータ推定法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 翔, 川原 純, 笠原 正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (NS2017-82), pp. 67-72
• [学会発表] モバイル端末における測位誤差を考慮したオフライン型避難誘導アプリケーションの設計・実装・評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 糸井純暉, 笹部昌弘, 川原 純, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 名桜大学（沖縄県名護市）
  • 年月日: 2016-03-07
• [学会発表] 避難者・モバイル端末連携型自動避難誘導システムにおける情報共有方式に関する一検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小松展久, 笹部昌弘, 川原純, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 名桜大学（沖縄県名護市）
  • 年月日: 2016-03-07
• [学会発表] パーソントリップ調査に基づく移動モデルのDTNルーチングに対する影響評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石倉明生, 川原純, 笹部昌弘, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 名桜大学（沖縄県名護市）
  • 年月日: 2016-03-07
• [学会発表] フロンティア法によるノードの故障も考慮したネットワーク信頼性評価手法の提案 (2016)
  • 著者名/発表者名: 園田晃己, 川原純, 井上武, 笠原正治, 明石修, 川原亮一, 斉藤洋
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: フェニックス・シーガイアリゾート（宮崎県宮崎市）
  • 年月日: 2016-03-03
• [学会発表] Performance Analysis of Power Management Scheme for Data Centers (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐嘉田智之, 笠原正治
  • 学会等名: 待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用」
  • 発表場所: 多摩永山情報教育センター（東京都多摩市）
  • 年月日: 2016-01-21
• [学会発表] モバイル端末におけるオフライン型避難誘導アプリケーションの開発状況について (2015)
  • 著者名/発表者名: 糸井純暉, 笹部昌弘, 川原 純, 笠原正治
  • 学会等名: 第7回 DTNとその未来に関するワークショップ
  • 発表場所: 別府国際コンベンションセンター（大分県別府市）
  • 年月日: 2015-11-20
• [学会発表] モバイル端末におけるオフライン型避難誘導アプリケーションの設計と実装 (2015)
  • 著者名/発表者名: 糸井純暉, 笹部昌弘, 川原純, 笠原正治
  • 学会等名: インターネット技術163委員会 (ITRC) 新世代ネットワーク構築のための基盤技術研究分科会 ワークショップ (ITRC-NWGN 2015)
  • 発表場所: みのたにグリーンスポーツホテル（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 通信負荷の軽減を考慮した制御可能型P2Pファイル配信方式に関する一検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小川夏輝, 笹部昌弘, 笠原正治
  • 学会等名: インターネット技術163委員会 (ITRC) 新世代ネットワーク構築のための基盤技術研究分科会 ワークショップ (ITRC-NWGN 2015)
  • 発表場所: みのたにグリーンスポーツホテル（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 避難者・モバイル端末連携型避難誘導方式の性能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小松展久, 笹部昌弘, 川原純, 笠原正治
  • 学会等名: インターネット技術163委員会 (ITRC) 新世代ネットワーク構築のための基盤技術研究分科会 ワークショップ (ITRC-NWGN 2015)
  • 発表場所: みのたにグリーンスポーツホテル（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 系内ジョブ数に依存した電源管理法をもつデータセンター待ち行列モデル (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐嘉田智之, 笠原正治
  • 学会等名: 日本オペレーションズ・リサーチ学会2015年度秋季研究発表会, アブストラクト集, pp. 160-161
  • 発表場所: 九州工業大学（福岡県北九州市）
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] 避難者と携帯端末の連携に基づく避難誘導アプリケーションの設計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 糸井純暉, 笹部昌弘, 川原 純, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会2015年ソサイエティ大会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] 制御可能型P2Pファイル配信方式に関する一検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小川夏輝, 笹部昌弘, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (CQ2015-26)
  • 発表場所: 奈良先端科学技術大学院大学（奈良県生駒市）
  • 年月日: 2015-07-06
• [学会発表] オーバレイネットワークにおけるパス選択のためのゼロサプレス型二分決定グラフを用いたパス列挙アルゴリズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 園田晃己, 川原純, 笹部昌弘, 笠原正治
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 (CQ2015-29)
  • 発表場所: 奈良先端科学技術大学院大学（奈良県生駒市）
  • 年月日: 2015-07-06
• [学会発表] 階層クラスタリングを用いたフロンティア法変数順序決定アルゴリズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 園田晃己, 川原 純, 笹部昌弘, 笠原正治
  • 学会等名: 北海道大学 ERATO/基盤(S) 離散構造処理系プロジェクト 「2015年度 初夏のワークショップ」
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-06-11
• [学会発表] 被災パターンが端末の軌跡情報を用いた避難誘導システムに与える影響に関する一検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小松展久, 笹部昌弘, 川原 純, 笠原正治
  • 学会等名: 第37回インターネット技術第163委員会研究会
  • 発表場所: インテック本社（富山県富山市）
  • 年月日: 2015-05-28