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サイバーフィジカルシステムのセキュアなイベントベースト制御とモビリティへの展開

研究課題

研究課題/領域番号 22K04163
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21040:制御およびシステム工学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

小林 孝一  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (50452115)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードサイバーフィジカルシステム / サイバー攻撃検出 / 監視問題 / マルチエージェント強化学習 / 配送計画問題 / イベントベースト制御 / 車群制御 / ブロックチェーン
研究開始時の研究の概要

電力システムや交通システムに代表される,物理システムと情報システムが相互結合したシステムはサイバーフィジカルシステムと呼ばれている.通信負荷や消費電力の軽減に向けて,必要なときだけ計測値の収集や制御入力の更新を行うイベントベースト制御の開発が重要である.本研究では,イベントベースト制御の理論構築,セキュアな実装方法の開発,および車群制御への応用に取り組む.以上の取り組みにより,Society 5.0の実現に向けた基盤を確立する.

研究実績の概要

サイバーフィジカルシステム(CPS)とは,物理システムと情報システムが相互結合したシステムである.電力,医療,農業,モビリティなど多くの分野に応用されている.CPSに対する制御手法の確立を目的として,さまざまな手法を開発した.
まず,セキュアな制御方法の確立を目指して,電力ネットワークの分散状態推定におけるサイバー攻撃の検出方法を提案した.計算途中の暫定的に推定値を活用することで,従来方法では検出できなかったサイバー攻撃を検出することが可能になった.
次に,車群制御に関連して複数エージェントの制御問題に取り組んだ.ある領域を複数エージェントで監視する監視問題では,混合整数計画問題を解くことで軌道を求める方法を提案した.中国人郵便配達問題を利用した可解条件も導出した.制御仕様が時相論理で与えられている制御問題では,強化学習を用いた解法を導出した.時相論理とは,時間とともに命題の真偽が変化する論理である.複雑な制御仕様を記述することが可能になる.アグリゲータを導入することで,学習が効率的に進むことを明らかにした.また,報酬分配についても新しい方法を検討した.最後に,複数エージェントによるオンライン配送計画問題を検討した.通常の配送計画問題では注文が入っている時間区間のみを考える.提案手法では,需要予測を活用して,より長い時間区間の最適化を考える.需要が高い荷物の発送場所に事前にエージェントを移動させることで,効率的な配送計画が実現可能になる.

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

セキュアな制御や車群制御に関する多くの成果が順調に得られている.来年度以降のさらなる発展が期待できる.したがって,本研究はおおむね順調に進展していると判断した.

今後の研究の推進方策

最新の研究動向を調査するために国際会議や国内研究会に積極的に参加していく.また,オンラインツールなどを活用して,海外の関連研究者と議論する場を積極的に持つこととする.
また,関連書籍や数値実験用の計算機,実験環境の充実を目指し,効率的に研究を推進する体制を整備していく.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 22件)

  • [雑誌論文] Multi-Agent Surveillance Based on Travel Cost Minimization2024

    • 著者名/発表者名
      MURAKATA Kyohei、KOBAYASHI Koichi、YAMASHITA Yuh
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E107.A 号: 1 ページ: 25-30

    • DOI

      10.1587/transfun.2023KEP0015

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2024-01-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reinforcement Learning for Multi-Agent Systems with Temporal Logic Specifications2024

    • 著者名/発表者名
      TERASHIMA Keita、KOBAYASHI Koichi、YAMASHITA Yuh
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E107.A 号: 1 ページ: 31-37

    • DOI

      10.1587/transfun.2023KEP0016

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2024-01-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Online Optimization of Pickup and Delivery Problem Considering Feasibility2024

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Ryo、Kobayashi Koichi、Yamashita Yuh
    • 雑誌名

      Future Internet

      巻: 16 号: 2 ページ: 64-64

    • DOI

      10.3390/fi16020064

    • 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] Fixed Point Preserving Model Reduction of Boolean Networks Focusing on Complement and Absorption Laws2023

    • 著者名/発表者名
      MOTOYAMA Fuma、KOBAYASHI Koichi、YAMASHITA Yuh
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E106.A 号: 5 ページ: 721-728

    • DOI

      10.1587/transfun.2022MAP0009

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2023-05-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of False Data Injection Attacks in Distributed State Estimation of Power Networks2023

    • 著者名/発表者名
      OBATA Sho、KOBAYASHI Koichi、YAMASHITA Yuh
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E106.A 号: 5 ページ: 729-735

    • DOI

      10.1587/transfun.2022MAP0010

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2023-05-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of reduced-order and pinning controllers for probabilistic Boolean networks using reinforcement learning2023

    • 著者名/発表者名
      Takizawa Michiaki、Kobayashi Koichi、Yamashita Yuh
    • 雑誌名

      Applied Mathematics and Computation

      巻: 457 ページ: 128211-128211

    • DOI

      10.1016/j.amc.2023.128211

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Blockchain-Based Optimization of Distributed Energy Management Systems with Real-Time Demand Response2022

    • 著者名/発表者名
      OGAWA Daiki、KOBAYASHI Koichi、YAMASHITA Yuh
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E105.A 号: 11 ページ: 1478-1485

    • DOI

      10.1587/transfun.2021EAP1162

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2022-11-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensor Scheduling-Based Detection of False Data Injection Attacks in Power System State Estimation2022

    • 著者名/発表者名
      OBATA Sho, KOBAYASHI Koichi, YAMASHITA Yuh
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E105.A 号: 6 ページ: 1015-1019

    • DOI

      10.1587/transfun.2021EAL2098

    • NAID

      130008128614

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2022-06-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] LMI-Based Design of Output Feedback Controllers with Decentralized Event-Triggering2022

    • 著者名/発表者名
      KITAMURA Koichi, KOBAYASHI Koichi, YAMASHITA Yuh
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E105.A 号: 5 ページ: 816-822

    • DOI

      10.1587/transfun.2021MAP0004

    • NAID

      130008088010

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2022-05-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Virtual merge and split at intersection for vehicle platooning based on self-triggered pinning consensus control2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Ayaka、Kobayashi Koichi、Yamashita Yuh
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 37 号: 3 ページ: 210-219

    • DOI

      10.1080/01691864.2022.2126731

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A Common Lyapunov Function Approach to Event-Triggered Control with Self-Triggered Sampling for Switched Linear Systems2024

    • 著者名/発表者名
      Shota Nakayama, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      Joint Symposium of AROB 29th 2024, ISBC 9th 2024, and SWARM 7th 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Opacity Considering Security Levels for Discrete-Time Piecewise Linear Systems2024

    • 著者名/発表者名
      Taiga Matsumae, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      Joint Symposium of AROB 29th 2024, ISBC 9th 2024, and SWARM 7th 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Model Predictive Control of Spatially Distributed Systems with Temporal Logic Specifications in Finite Time2024

    • 著者名/発表者名
      Ikkei Komizu, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      Joint Symposium of AROB 29th 2024, ISBC 9th 2024, and SWARM 7th 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-Agent Reinforcement Learning Based on Event-Based Communication2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Sunai, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      38th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers, and Communications
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Notion of Opacity and Its Verification for Discrete-Time Piecewise Linear Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Taiga Matsumae, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      38th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers, and Communications
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LMI-Based Design of Structured Block-Sparse Output Feedback Controllers for Sensor and Actuator Networks2023

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kawano, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reinforcement Learning for Multi-Agent Systems with Temporal Logic Specifications2023

    • 著者名/発表者名
      Keita Terashima, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Vehicle Platooning at Intersection Based on Self-Triggered Pinning Consensus Control2023

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Tanaka, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automatic Generation of Control Lyapunov Functions for Vehicle Guidance on Complex Paths2023

    • 著者名/発表者名
      Yuh Yamashita, Wataru Hashimoto, Koichi Kobayashi
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Finite-Time Control of Boolean Networks Using Binary Decision Diagrams2023

    • 著者名/発表者名
      Fuma Motoyama, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Redesign of Control Lyapunov Functions of Nonlinear Systemswith Symmetry under Feedbacks2023

    • 著者名/発表者名
      Yuh Yamashita, Koichi Kobayashi
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lyapunov Function-Based Approach to Event-Triggered Control with Self-Triggered Sampling2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Nakayama, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Triggered Distributed Optimization of Energy Management Systems With Peak Shift Constraints2023

    • 著者名/発表者名
      Genya Tamayama, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      2023 IEEE 12nd Global Conference on Consumer Electronics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On Reward Distribution in Reinforcement Learning of Multi-Agent Surveillance Systems With Temporal Logic Specifications2023

    • 著者名/発表者名
      Keita Terashima, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      2023 IEEE 12nd Global Conference on Consumer Electronics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Online Optimization of Pickup and Delivery Problem Considering Demand Forecasting2023

    • 著者名/発表者名
      Ryo Matsuoka, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      2023 IEEE 12nd Global Conference on Consumer Electronics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Decentralized Event-Triggered Output Feedback Control for Cyber-Physical Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kitamura, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      28th International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LMI-Based Design of Structured Sparse Output Feedback Controllers2023

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kawano, Koichi Kobayashi, Yuh Yamashita
    • 学会等名
      28th International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Triggered Distributed Optimization of Energy Management Systems with Demand Response2022

    • 著者名/発表者名
      Genya Tamayama, Koichi Kobayashi, Daiki Ogawa, and Yuh Yamashita
    • 学会等名
      13th Asian Control Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Online Optimization of Pickup and Delivery Problem with Fuel Constraints2022

    • 著者名/発表者名
      Ryo Matsuoka, Koichi Kobayashi, and Yuh Yamashita
    • 学会等名
      37th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers, and Communications
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of Multi-Agent Surveillance Systems Using Reinforcement Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Keita Terashima, Koichi Kobayashi, and Yuh Yamashita
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On Initial Locations, Feasibility, and Performance in Multi-Agent Surveillance Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Kyohei Murakata, Koichi Kobayashi, and Yuh Yamashita
    • 学会等名
      2022 IEEE 11th Global Conference on Consumer Electronics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Output Feedback Ultimate Boundedness Control with Decentralized Event-Triggering2022

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kitamura, Koichi Kobayashi, and Yuh Yamashita
    • 学会等名
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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