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外乱に対して安定な分散アルゴリズムの相互作用パターン

研究課題

研究課題/領域番号 19K11826
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分60010:情報学基礎論関連
研究機関龍谷大学

研究代表者

角川 裕次  龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (80253110)

研究分担者 増澤 利光  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (50199692)
首藤 裕一  法政大学, 情報科学部, 准教授 (50643665)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード理論計算機科学 / 分散アルゴリズム / 自己安定 / グラフアルゴリズム / 自己組織化 / 故障耐性 / 分散グラフアルゴリズム / 自律分散システム / 自己安定アルゴリズム / 分散相互排除 / プロセス同期 / 相互排除 / IoT / 自己安定システム / 独立集合 / 個体群プロトコル / 分散システム
研究開始時の研究の概要

自己安定の概念を基礎におき, 大規模な分散システムを対象としたネットワーク変動に対する高度な自律性と適応性を実現する分散アルゴリズムの基礎理論に関する研究を行う。特に分散システム内のノードは対等で、集中制御を行う特別なノードが無く、ノード総数が極めて膨大である分散システムを主な研究の対象とする。現在の無線ワイヤレスセンサネットワークの規模や, IoTデバイスが単にデータ収集サーバとデータ送受信するだけの限定的なノード数や相互作用パターンを大きく越えて、大規模数のノードが対等に相互作用する分散システムの設計技法の研究を行なう。

研究実績の概要

本研究は,自己安定の概念を基礎におき大規模な分散システムを対象として,ネットワーク変動に対する高度な自律性と適応性を実現する分散アルゴリズムの基礎理論に関するものである.特に分散システム内のノードは対等で,集中制御を行う特別なノードが無く,ノード総数が極めて膨大である分散システムを主な研究の対象とする.現在,無線ワイヤレスセンサネットワークではひとつのシステムにおいては数十程度の規模であるが,本研究の目的は,このような限定的なノード数を大きく越えて,大規模数のノードが対等に相互作用する自律的な分散システムの設計技法の確立を目指す研究である.
2023年度は主に,(1) マイナス支配集合問題の一般化,および,(2) 2極小支配集合問題について,これらの問題に対する自己安定分散アルゴリズムの開発に取り組んで幾つかの成果を上げ,査読付きの論文誌で発表を行った.
(1) マイナス支配集合問題の一般化に関する研究では,すでに知られているマイナス支配集合問題に対してマイナス(L,K,Z)支配集合問題という一般化の提案を2022年度に本研究課題で行ったが,それを更に一般化した bounded lattice domination 問題を2023年度に提案した.これはすでに知られている様々な支配集合問題の変形を包括的に表現できる枠組みであり,bounded lattice domination 問題に対する自己安定分散アルゴリズムを提案した.
(2) 2極小支配集合問題とはグラフ理論における極小支配集合問題の一種であり,最適化の観点では準最適であるが,その最適性を極小の場合よりも改善したものが2極小である.2極小な支配集合は,グラフの各頂点の周囲の頂点間で集合への所属を交代させることで求まるため,分散システムでの実現は比較的容易であり,様々な応用に効率よく実現できる利点がある.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2023年度は (1) 支配集合問題の様々な一般化を包括的に表現する bounded lattice domination 問題を提案し,bounded lattice domination 問題に対する自己安定分散アルゴリズムを提案した.これによりすでに知られている支配集合の様々な変形問題に対する自己安定分散アルゴリズムが構成できたことになり,その意義は大きい.(2) 2極小支配集合問題については,ループ合成法という手法でアルゴリズム設計を行い,その正しさの証明を終えることができた.いずれも査読付きの論文誌で公表することができた.

今後の研究の推進方策

2022年度が当初の最終年度としていたが,研究期間を通して新型コロナウイルスの関係により十分に研究が遂行できたとは言い難く,期間延長の申請を2回行ってきている.2024年度を最終年度として,引き続き支配集合および独立の一般化問題の検討と,計算複雑度の観点で優れた自己安定分散アルゴリズムの開発を進めたい.

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 3件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 12件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Self-stabilizing 2-minimal dominating set algorithms based on loop composition2024

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Syohei、Sudo Yuichi、Kamei Sayaka、Kakugawa Hirotsugu
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: 983 ページ: 114314-114314

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2023.114314

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stand-Up Indulgent Gathering on Lines for Myopic Luminous Robots2024

    • 著者名/発表者名
      Bramas Quentin、Kakugawa Hirotsugu、Kamei Sayaka、Lamani Anissa、Ooshita Fukuhito、Shibata Masahiro、Tixeuil S?bastien
    • 雑誌名

      Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies

      巻: 200 ページ: 110-121

    • DOI

      10.1007/978-3-031-57853-3_10

    • ISBN
      9783031578526, 9783031578533
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A self‐stabilizing distributed algorithm for the bounded lattice domination problems under the distance‐2 model2023

    • 著者名/発表者名
      Kakugawa Hirotsugu、Kamei Sayaka
    • 雑誌名

      Concurrency and Computation: Practice and Experience

      巻: 36 号: 3

    • DOI

      10.1002/cpe.7902

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomic cross-chain swaps with improved space, time and local time complexities2023

    • 著者名/発表者名
      Imoto Soichiro、Sudo Yuichi、Kakugawa Hirotsugu、Masuzawa Toshimitsu
    • 雑誌名

      Information and Computation

      巻: 292 ページ: 105039-105039

    • DOI

      10.1016/j.ic.2023.105039

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A self-stabilizing distributed algorithm for the 1-MIS problem under the distance-3 model2023

    • 著者名/発表者名
      Kakugawa Hirotsugu、Kamei Sayaka、Shibata Masahiro、Ooshita Fukuhito
    • 雑誌名

      Proceedings of the Eleventh International Symposium on Computing and Networking Workshops

      巻: - ページ: 100-106

    • DOI

      10.1109/candarw60564.2023.00025

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A linear-time self-stabilizing distributed algorithm for the minimal minus ($L, K, Z$) -domination problem under the distance-2 model2022

    • 著者名/発表者名
      Kakugawa Hirotsugu、Kamei Sayaka
    • 雑誌名

      The 14th International Workshop on Parallel and Distributed Algorithms and Applications (PDAA), in Proceedings of the 2022 Tenth International Symposium on Computing and Networking Workshops (CANDARW)

      巻: - ページ: 168-173

    • DOI

      10.1109/candarw57323.2022.00018

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Invited Paper: One Bit Agent Memory is Enough for Snap-Stabilizing Perpetual Exploration of Cactus Graphs with Distinguishable Cycles2022

    • 著者名/発表者名
      Shimoyama Kohei、Sudo Yuichi、Kakugawa Hirotsugu、Masuzawa Toshimitsu
    • 雑誌名

      in Proceedings of the 24th International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS 2022)

      巻: - ページ: 19-34

    • DOI

      10.1007/978-3-031-21017-4_2

    • ISBN
      9783031210167, 9783031210174
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A self-stabilizing 2-minimal dominating set algorithm based on loop composition in networks of girth at least 72022

    • 著者名/発表者名
      Maruyama Syohei、Sudo Yuichi、Kamei Sayaka、Kakugawa Hirotsugu
    • 雑誌名

      n Proceedings of the 36th IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium (IPDPS)

      巻: - ページ: 1140-1150

    • DOI

      10.1109/ipdps53621.2022.00114

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Self-Stabilizing Distributed Algorithm for the Generalized Dominating Set Problem With Safe Convergence2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Hisaki、Sudo Yuichi、Kakugawa Hirotsugu、Masuzawa Toshimitsu
    • 雑誌名

      The Computer Journal

      巻: - 号: 6 ページ: 1-25

    • DOI

      10.1093/comjnl/bxac021

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A self-stabilizing token circulation with graceful handover on bidirectional ring networks2022

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Kakugawa, Sayaka Kamei and Yoshiaki Katayama
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 12 ページ: 103-130

    • NAID

      130008142104

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Self-stabilizing 1-maximal Independent Set Algorithm2021

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Hideyuki、Sudo Yuichi、Kakugawa Hirotsugu、Masuzawa Toshimitsu、Datta Ajoy K.
    • 雑誌名

      Journal of Information Processing

      巻: 29 号: 0 ページ: 247-255

    • DOI

      10.2197/ipsjjip.29.247

    • NAID

      130007998759

    • ISSN
      1882-6652
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Exploration of dynamic tori by multiple agents2021

    • 著者名/発表者名
      Gotoh Tsuyoshi、Sudo Yuichi、Ooshita Fukuhito、Kakugawa Hirotsugu、Masuzawa Toshimitsu
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: 850 ページ: 202-220

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2020.11.004

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Move-optimal partial gathering of mobile agents without identifiers or global knowledge in asynchronous unidirectional rings2020

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shibata, Norikazu Kawata, Yuichi Sudo, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa, and Toshimitsu Masuzawa
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: - ページ: 92-109

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2020.04.002

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-Optimal Leader Election in Population Protocols2020

    • 著者名/発表者名
      Sudo Yuichi、Ooshita Fukuhito、Izumi Taisuke、Kakugawa Hirotsugu、Masuzawa Toshimitsu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems

      巻: 31 号: 11 ページ: 2620-2632

    • DOI

      10.1109/tpds.2020.2991771

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Loosely-stabilizing Leader Election on Arbitrary Graphs in Population Protocols without Identifiers nor Random Numbers2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sudo, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa, Toshimitsu Masuzawa
    • 雑誌名

      EICE Transactions on Information and Systems

      巻: E103-D, 03 ページ: 489-499

    • NAID

      120006659583

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Space-efficient Uniform Deployment of Mobile Agents in Asynchronous Unidirectional Rings2020

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shibata, Hirotsugu Kakugawa, Toshimitsu Masuzawa
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science (TCS)

      巻: 809 ページ: 351-371

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2019.12.031

    • NAID

      120007181756

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Loosely-stabilizing leader election with polylogarithmic convergence time2020

    • 著者名/発表者名
      Sudo Yuichi、Ooshita Fukuhito、Kakugawa Hirotsugu、Masuzawa Toshimitsu、Datta Ajoy K.、Larmore Lawrence L.
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: 806 ページ: 617-631

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2019.09.034

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A self-stabilizing distributed algorithm for the local (1,|Ni|)-critical section problem2019

    • 著者名/発表者名
      Sayaka Kamei, Hirotsugu Kakugawa
    • 雑誌名

      Concurrency and Computation: Practice and Experience

      巻: - 号: 12 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1002/cpe.5628

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A Distributed Multi-group Mutual Exclusion Algorithm for Intersection Traffic Control2021

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Kakugawa and Sayaka Kamei
    • 学会等名
      Sustainable Computing Systems Workshop (SUSCW)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A self-stabilizing token circulation with graceful handover on bidirectional ring networks2021

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Kakugawa and Sayaka Kamei
    • 学会等名
      Workshop on Advances in Parallel and Distributed Computational Models (APDCM)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A self-stabilizing token circulation with graceful handover on bidirectional ring networks2021

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Kakugawa and Sayaka Kamei
    • 学会等名
      The 23rd Workshop on Advances in Parallel and Distributed Computational Models
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Space-Efficient Dispersion of Mobile Agents without Global Knowledge,2020

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Shintaku, Yuichi Sudo, Hirotsugu Kakugawa, and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 22d International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Logarithmic Expected-Time Leader Election in Population Protocol Model2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sudo, Fukuhito Ooshita, Taisuke Izumi, Hirotsugu Kakugawa and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 21st International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Self-stabilizing 1-maximal Independent Set Algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Tanaka, Yuichi Sudo, Hirotsugu Kakugawa, Toshimitsu Masuzawa and Ajoy K. Datta
    • 学会等名
      The 21st International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Atomic Cross-Chain Swaps with Improved Space and Local Time Complexity2019

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Imoto, Yuichi Sudo, Hirotsugu Kakugawa and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 21st International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A self-stabilizing algorithm for the local (1,|Ni|)-critical section problem with safe convergence2019

    • 著者名/発表者名
      Sayaka Kamei and Hirotsugu Kakugawa
    • 学会等名
      The 21st Workshop on Advances in Parallel and Distributed Computational Models
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Logarithmic Expected-Time Leader Election in Population Protocol Model2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sudo, Fukuhito Ooshita, Taisuke Izumi, Hirotsugu Kakugawa, Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      ACM Symposium on Principles of Distributed Computing (PODC)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Partial gathering of mobile agents without identifiers or global knowledge in asynchronous unidirectional rings2019

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shibata, Norikazu Kawata, Yuichi Sudo, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 26th International Colloquium on Structural Information and Communication Complexity (SIROCCO)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Strongly-Stabilizing Protocol for Spanning Tree Construction Against a Mobile Byzantine Fault2019

    • 著者名/発表者名
      Koki Inoue, Yuichi Sudo, Hirotsugu Kakugawa, Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 26th International Colloquium on Structural Information and Communication Complexity (SIROCCO)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Protocol Model with Interaction 1 Probability Considering Speeds of Agents2019

    • 著者名/発表者名
      Ryoya Sadano, Yuichi Sudo, Hirotsugu Kakugawa and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 39th IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS 2019) Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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