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量子アニーリング最適化のエッジコンピューティングプラットフォームへの統合開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K24841
補助金の研究課題番号 22H03585 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分60060:情報ネットワーク関連
研究機関神戸大学

研究代表者

太田 能  神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (10272254)

研究分担者 鎌田 十三郎  甲南大学, 知能情報学部, 准教授 (20304131)
榎並 直子  武庫川女子大学, 社会情報学部, 准教授 (80628925)
Finnerty Patrick・Martin  神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (50957628)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2025年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワード量子アニーリング / サービス構築基盤技術 / 画像情報処理 / ネットワークプロトコル / エッジコンピューティング
研究開始時の研究の概要

イジングモデルで定式化された組み合わせ最適化問題を、量子力学現象を利用して求解可能な量子アニーリング型コンピュータの応用が始まりつつある。本研究はディジタル回路ハードウェアによって同様の組み合わせ最適化問題を通常環境でもオンサイトで高速求解可能なイジングマシンのユビキタス化に期待し、エッジコンピューティングアプリケーション最適化応用のための要素技術開発とテストベッド実装による有効性検証に取り組む。

研究実績の概要

(課題1)R5年度は、EC環境アプリの実時間性などを検討するためのテストベッド環境を作成すべく、既存のコンテナ分散実行管理システムであるKubernetesを用いた環境構築をすすめた。まず、任意のノード間遅延を導入するツールを作成し、加えてエッジ配置情報に応じた遅延モデルの作成や交通アプリケーションを想定した移動クライアントモデルの作成することで、Kubernetes 上でのエッジアプリケーション評価をおこなった。以上の内容はR5年に国内会議で発表し、現在論文誌への投稿準備中である。
(課題2)R5年度は、QAC活用によるPublish/Processing/Subscribeシステムのリソース割当問題ならびにNon-Orthogonal Multiple Access(NOMA)における同時送信端末ペアリングにおける最適化問題の求解に取り組んだ。また、エッジコンピュータ環境のデータ収集・共有基盤として、SDN(Software Defined Network)におけるコントローラ割当最適化、無線センサネットワークのクラスタリング最適化並びにブロックチェーン応用、プロセッサ間通信最適化についても検討した。このうち,NOMAに関する研究については、現在、学術論文誌に投稿中である。
(課題3)R5年度は、車車通信により共有された歩行者情報の歩行者尤度マップの構築に取り組んだ。歩行者尤度マップでは、他車から共有された歩行者情報と自車で取得した歩行者情報を歩行者画像間のマッチングにより照合し、マップ上に尤度分布として保持し、尤度を減衰しながら更新することで未検出や通信のロストに頑健な歩行車検出の実現を目指した。また、撮影した車載カメラ画像からシミュレーションデータを作成し、歩行者尤度マップの評価を行い、手法の有用性を示した。R5年に国内会議で発表し、現在論文誌への投稿準備中である。

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

全体的には、概ね、計画通りといえる理由は以下のとおりである。
(課題1)ECアプリケーションにおけるデータライフサイクルを考慮したデータサービス拡張の一環として、EC アプリケーション評価環境を構築することを試み、既存のコンテナ分散実行管理システムであるKubernetesを用いた環境構築をすすめた。また、クライアント数や通信頻度、ネットワーク構成に応じた通信遅延の事前予測の例とて、任意のノード間遅延を導入するツールを作成し、エッジ配置情報に応じた遅延モデルの作成や交通アプリケーションを想定した移動クライアントモデルを作成、評価を行った。
(課題2)情報・通信連携基盤により収集可能な情報の整理と例題の設定を行い、QACが得意な問題として最大独立集合があることを同定した。この応用として、NOMAの同時送信端末組合せ問題の求解を行い、IMとしてD-WaveやQalmoなどによる評価を行い、従来のヒューリスティックアルゴリズムに対して同程度の求解時間でより精度の高い解を得ることができることを示した。また、IM の実環境実装指針としてFPGAを用いた大規模化を図ることを目指し、理研研究チームとの研究交流に繋げた。
(課題3)歩行者検出・照合アルゴリズムの精度向上および高速化、特に歩行者検出・照合アルゴリズムの精度向上および高速化のために、歩行者検出のアルゴリズムの改良と歩行者確率マップによる歩行者検出に取り組み、R5年度は、車車通信により共有された歩行者情報の歩行者尤度マップの構築に取り組んだ。撮影した車載カメラ画像からシミュレーションデータを作成し、歩行者尤度マップの評価を行い、手法の有用性を示すことができた。

今後の研究の推進方策

(課題1)R6年度は、計算負荷を要するより大規模なデータに対する計算クエリの導入法の検討および計算クエリに対する優先度やリアルタイム制約の指定方法などの検討を始める。当初は画像中の物体検出技術などを対象にシステムのデザインおよびプロトタイプシステムの実現を進める。R7年度は、情報連携基盤のシステムとしての完成度を高めるとともに、課題2・3と連携しEC環境通信アプリへの応用をはかる。
(課題2)R6年度は、Web Assembly 技術適用などEdgeサービスアクセスの高速化について検討するとともに、QACのハードウェア実装に取り組み、Edgeサービスとして利用するための統合実装に取り組むとともに、その動作検証を行う。QAC通信応用としては、NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)における通信スロット割当などの高速求解などに取り組む。R7年度は、エッジプラットフォーム上においてQACを呼び出す機能の実装を完了するとともに、より多くの問題に対して求解できるように一般化を試みる。
(課題3)R6年度は、前年度の結果を踏まえ歩行者確率マップの改良と車載画像データセットの構築に取り組むと共に、距離センサーから取得した疎な距離データの車載カメラ画像による高密度化に、IMの応用を検討に取り組む。R7年度は構築したデータセットによる評価と歩行者検出システムの改良をはかると共に、課題1,2と連携し、画像処理へのIM応用の実現をはかる。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] HAC: Hierarchical Agglomerative Clustering With Linear Programming for Wireless Sensor Networks2024

    • 著者名/発表者名
      Dine Sidi Mohamed Mohi、Finnerty Patrick、Ohta Chikara
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 12 ページ: 8110-8122

    • DOI

      10.1109/access.2024.3353318

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] LPCHS: Linear programming based cluster head selection method in wireless sensor networks2023

    • 著者名/発表者名
      Mohamed Mohi Dine Sidi、Patrick Finnerty、Ohta Chikara
    • 雑誌名

      IEICE Communications Express

      巻: 12 号: 9 ページ: 511-516

    • DOI

      10.1587/comex.2023XBL0073

    • ISSN
      2187-0136
    • 年月日
      2023-09-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distributed Cell Set : A Library for Space-Dependent Communication/Computation Overlap on Manycore Cluster2023

    • 著者名/発表者名
      Kawanishi Yoshiki、Finnerty Patrick、Kamada Tomio、Ohta Chikara
    • 雑誌名

      Proc. the 14th International Workshop on Programming Models and Applications for Multicores and Manycores

      巻: - ページ: 11-19

    • DOI

      10.1145/3582514.3582520

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topic-based distributed publish-process-subscribe system with metrics on geographic distance and permissible delay2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Ryota、Kamada Tomio、Finnerty Patrick、Ohta Chikara
    • 雑誌名

      IEICE Communications Express

      巻: 11 号: 12 ページ: 748-753

    • DOI

      10.1587/comex.2022COL0009

    • ISSN
      2187-0136
    • 年月日
      2022-12-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pedestrian information collation through image-based person identification for pedestrian information sharing using V2V communications2022

    • 著者名/発表者名
      Enami Naoko、Uemura Saai、Asano Koh、Finnerty Patrick、Kamada Tomio、Ohta Chikara
    • 雑誌名

      IEICE Communications Express

      巻: 11 号: 10 ページ: 625-629

    • DOI

      10.1587/comex.2022XBL0094

    • ISSN
      2187-0136
    • 年月日
      2022-10-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 死角にいる歩行者の情報共有を目的とした歩行者マップに関する一検討2024

    • 著者名/発表者名
      福田亘剛,榎並直子,鎌田十三郎,フィネルティ パトリック,太田能
    • 学会等名
      電子情報通信学会2024総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 偏在するモバイルクライアントを想定した地域データ共有エッジアプリケーションの開発環境2024

    • 著者名/発表者名
      鎌田十三郎,山下優真,藤澤和広,釆野翔太,フィネルティ パトリック
    • 学会等名
      電子情報通信学会2024総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Ethereum を用いた属性ベースアクセス制御のポリシー検索効率改善2024

    • 著者名/発表者名
      黒木翔太,フィネルティ パトリック,太田能
    • 学会等名
      電子情報通信学会2024総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] エッジ環境向けの分散データストアのセキュリティ機構の開発2024

    • 著者名/発表者名
      藤井広輝,鎌田十三郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会2024総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] OpenFlowにおける伝送遅延と負荷分散を考慮したコントローラ割当手法2023

    • 著者名/発表者名
      周松毅,平石翔,フィネルティ パトリック,太田能,石崎文雄
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告,ネットワークシステム研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分散Publish-Process-Subscribeシステムにおけるアニーリングマシンを用いたトピック割り当て最適化2023

    • 著者名/発表者名
      南方亮真,フィネルティ パトリック,太田能,石崎文雄
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告,ネットワークシステム研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 非直交多元接続無線システムにおけるイジングマシンを利用したアドミッションコントロール最適化の一考察2023

    • 著者名/発表者名
      中野碩人,フィネルティ パトリック,太田能,石崎文雄
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告,ネットワークシステム研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 低遅延エッジアプリケーション開発のためのコンフィギュアラブルテストベッド2023

    • 著者名/発表者名
      釆野翔太,フィネルティ パトリック,鎌田十三郎,太田能
    • 学会等名
      電子情報通信学会2023ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Distributed Cell Set : A Library for Space-Dependent Communication/Computation Overlap on Manycore Cluster2023

    • 著者名/発表者名
      Kawanishi Yoshiki、Finnerty Patrick、Kamada Tomio、Ohta Chikara
    • 学会等名
      The 14th International Workshop on Programming Models and Applications for Multicores and Manycores
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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