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2020 年度 実績報告書

レジリエントな自己組織化・自己修復ネットワークの設計・拡張と資源配分

研究課題

研究課題/領域番号 17H01729
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

林 幸雄  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (70293397)

研究分担者 田中 敦  山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (30236567)
松久保 潤  北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (90413872)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードネットワーク科学 / レジリエンス / 自己修復 / 頑健性 / ループ(サイクル)形成 / 玉葱状構造 / 空間成長 / リワイヤ(リンク張替え)
研究実績の概要

現状の場当たり的な対策や単なる復元から脱却して根本的なネットワークの設計原理を改め、レジリエントな(しなやかな復活力を持つ)自己修復やシステム拡張を促す自律分散・自己組織化の本質的なメカニズムをネットワーク科学の観点から解明する。情報伝搬の要となるインフルエンサーへの攻撃が長いループを重点的に破壊することを逆手に取った、ネットワークの自己組織化や自己修復による適応選択的な頑健性の強化法を導き、最悪ケースの攻撃に対する互いに通信可能な連結成分の大きさを数値的に調べ、最終年度として以下の成果を得た。

・従来の次数相関ではなく、ループ強化に基づくリワイヤリング法を考えることで、ループ形成の要となるフィードバック頂点集合:FVSのサイズ拡大が頑健性の向上と連動すること、及び、負の次数相関でも頑健性が高くなる、新たな知見が見つかった(学術論文1件、国内研究会2件)。また、現実のネットワーク成長の基本原理と考えられる利己的な優先的選択から脱却して、協調的な仲介に基づく自己組織化により、細胞分裂的な空間成長において(昨年度の表面成長では高次数ノードが中心に集まって弱点が分かってしまう問題点も解消しつつ)、最適な攻撃耐性を持つ玉葱状構造が創発することを実験的に示した(国際会議1件)。

・攻撃や故障で機能不全となった箇所を検知した隣接ノード間を、尤も少数のリンクで形成されるループとしての輪で繋いだ後、再利用あるいは投資援助できるリンク数やポート数の資源割合に応じて、(NP困難な組合せ問題である為に、統計物理の確率伝搬法で近似的にFVSを求めて)ループ強化する自己修復法を提案し、従来の修復法より優れた頑健性や通信効率となることを数値シミュレーションから明らかにした(学術論文1件、国際会議1件)。また、この自己修復法を分散アルゴリズムで実現する為の基本的なアイデアを整理した(国際会議1件)。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] More Tolerant Reconstructed Networks by Self-Healing against Attacks in Saving Resource2021

    • 著者名/発表者名
      Yukio Hayashi, Atsushi Tanaka, and Jun Matsukubo
    • 雑誌名

      Entropy, Special Issue: Critical Phenomena and Optimization in Complex Networks

      巻: 23(102) ページ: 1-15

    • DOI

      10.3390/e23010102

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A loop enhancement strategy for network robustness2021

    • 著者名/発表者名
      Masaki Chujyo, and Yukio Hayashi
    • 雑誌名

      Applied Network Science

      巻: 6(3) ページ: 1-13

    • DOI

      10.1007/s41109-020-00343-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ネットワークインフラにおける連鎖被害, 相互依存性, レジリエンス, 自己修復に対する諸課題2021

    • 著者名/発表者名
      林 幸雄
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 2021年総合大会予稿集

      巻: BI-6-4 ページ: pp.SS-47-48

  • [雑誌論文] Effective Self-Healing Networks against Attacks or Disasters in Resource Allocation Control2020

    • 著者名/発表者名
      Yukio Hayashi, Atsushi Tanaka, and Jun Matsukubo
    • 雑誌名

      ThinkMind Digital Library

      巻: ADAPTIVE2020 ページ: 85-91

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Feedback Vertex Setを用いたネットワーク頑健性の向上2020

    • 著者名/発表者名
      中条雅貴, 林 幸雄
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 信学技法

      巻: IBISML2020-31 ページ: 55-60

  • [雑誌論文] Self-Healing Strategy for Improving Robustness in Limited Resource2020

    • 著者名/発表者名
      Jaeho Kim, and Yukio Hayashi
    • 雑誌名

      Book of Abstracts of the Conference on Complex Systems 2020

      巻: CCS2020 ページ: 166

    • DOI

      10.5281/zenodo.4419178

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ネットワークインフラにおける連鎖被害, 相互依存性, レジリエンス, 自己修復に対する諸課題2021

    • 著者名/発表者名
      林 幸雄
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2021年総合大会, 依頼シンポジウムセッション BI-6大規模災害・パンデミック時に役立つ情報伝搬・情報ネットワーク技術とその課題
    • 招待講演
  • [学会発表] Closely Relation Between Improvement of Network Robustness and Enhancement of Loops2021

    • 著者名/発表者名
      中条雅貴, 林 幸雄
    • 学会等名
      情報処理学会 第16回ネットワーク生態学シンポジウム
  • [学会発表] Self-Healing Strategy for Improving Robustness in Limited Resource2020

    • 著者名/発表者名
      Jaeho Kim, and Yukio Hayashi
    • 学会等名
      International Conference on Complex Systems(CCS)
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial Hiding of High Degree Nodes as Easy to be Targets by the Decentralization in a Growing Robust Network2020

    • 著者名/発表者名
      Masaki Okada, and Yukio Hayashi
    • 学会等名
      International Symposium on Automation, Information and Computing(ISAIC)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effective Self-Healing Networks against Attacks or Disasters in Resource Allocation Control2020

    • 著者名/発表者名
      Yukio Hayashi, Atsushi Tanaka, and Jun Matsukubo
    • 学会等名
      Proc. of 12th International Conference on Adaptive and Self-Adaptive Systems and Applications(ADAPTIVE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Feedback Vertex Setを用いたネットワーク頑健性の向上2020

    • 著者名/発表者名
      中条雅貴, 林 幸雄
    • 学会等名
      電子情報通信学会 IBIS研究会

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公開日: 2021-12-27  

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