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2015 年度 実績報告書

分子ロボットに適した特性をもつ分散アルゴリズムの開発

公募研究

研究領域感覚と知能を備えた分子ロボットの創成
研究課題/領域番号 15H00816
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

大下 福仁  奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 准教授 (20362650)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード分散アルゴリズム / 個体群プロトコルモデル / 自己安定
研究実績の概要

分子ロボットを実現するためには、自律的に動作する膨大な数の分子デバイスを、自己組織化によりボトムアップに組み立てる必要がある。本研究では、分子デバイスを従来の計算機に対応させ、分散アルゴリズムの観点から分子ロボットを制御する手法の開発を目指す。とくに、先行研究を発展させることで、不安定な環境に対する耐性、少ない通信回数・状態変更回数など、分子ロボットに適した特性の実現を目指す。平成27年度の主な成果は以下の通りである。
(a) 個体群プロトコルモデルにおける緩自己安定リーダ選挙アルゴリズムの開発:個体群プロトコルモデルは、ランダムに移動するノード群が衝突時に交流して状態を変化させる状況をモデル化しており、分子ロボットへの応用が期待できる。提案アルゴリズムでは、ノード群が任意の状況から実行を開始しても、短時間でただ一つの代表ノード(リーダ)を選択し、それを十分に長い間維持することができる。この性質を従来より弱い能力のノード群に対して実現した。この性質により、不安定な環境に対して強い耐性をもつリーダ選挙を実現している。
(b) 匿名環境に対する自己安定1-極大マッチングアルゴリズムの開発:各ノードの区別が不能な匿名環境に対して、多数のペアを構成するための自己安定1-極大マッチングアルゴリズムを提案した。1-極大マッチングとは、「1つのペアを解消しても、2つのペアを増やすことができない」という性質を満たした極大マッチングであり、最大マッチングの3/2-近似となることが知られている。そのため、1-極大マッチングを実現することで、極大マッチングより多くのペアを構築することが期待できる。提案アルゴリズムは、1-極大マッチングを、匿名環境に対して自己安定的に実現している。匿名環境への対応、自己安定性の実現により、分子ロボットへの適用可能性を大きく向上させた。

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

平成27年度は、(a)計算機ネットワークモデル、(b)モバイルロボットモデルの2つのモデルに対して、単純さ、不安定な環境に対する耐性、少ない通信回数・状態変更回数などの分子ロボットに適した特性をもつアルゴリズムの開発を目指した。
(a)については、匿名環境に対する自己安定1-極大マッチングアルゴリズムなどを開発しており、順調に進展している。
(b)については、当初の計画通り集合問題に対するアルゴリズムの開発を進めているが、あまり進展はなかった。
上記に加えて、より分子ロボットに適したモデルである(c)個体群プロトコルモデルに対して、緩自己安定リーダ選挙アルゴリズムを提案している。
以上より、(b)に対して多少の遅れが生じているが、(a)(c)の面で十分な成果を発表しており、全体としてはおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

平成28年度は、平成27年度に引き続き、1.計算機ネットワークモデル、2.個体群プロトコルモデル、3.モバイルロボットモデルに対して、単純さ、不安定な環境に対する耐性、少ない通信回数・状態変更回数などの分子ロボットに適した特性をもつアルゴリズムの開発を目指す。さらに、1.2.については、当初の目的通り、上記の特性間に存在するトレードオフを明らかにすることも目指す。
1. 計算機ネットワークモデル:平成27年度に開発した自己安定1-極大マッチングアルゴリズムを改良し、より分子ロボットに適したアルゴリズムの開発を目指す。具体的には、アルゴリズムの複雑性の改善を目指す。これにより、複雑性と通信回数・状態変更回数の間に存在するトレードオフを明らかにする。
2. 個体群プロトコルモデル:平成27年度に開発した緩自己安定リーダ選挙アルゴリズムを基盤技術として利用し、他のタスクに対して緩自己安定性をもったアルゴリズムの開発を目指す。とくに、個体群プロトコルモデルに対して計算機ネットワークモデルの技術を応用する手法の開発を目指し、モデルと特性の間のトレードオフを明らかにする。
3. モバイルロボットモデル:平成27年度から引き続き、弱い能力のロボットを集合させるタスクに対して、分子ロボットに適した特性をもつ分散アルゴリズムの開発を目指す。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] Universite Pierre et Marie Curie(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Universite Pierre et Marie Curie
  • [雑誌論文] Partial gathering of mobile agents in asynchronous unidirectional rings2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shibata, Shinji Kawai, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa, and Toshimitsu Masuzawa
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: 617 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2015.09.012

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An efficient silent self-stabilizing 1-maximal matching algorithm in anonymous networks2016

    • 著者名/発表者名
      Yuma Asada, Fukuhito Ooshita, and Michiko Inoue
    • 雑誌名

      Journal of Graph Algorithms and Applications

      巻: 20 ページ: 59-78

    • DOI

      10.7155/jgaa.00384

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Uniform deployment of mobile agents in asynchronous rings2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shibata, Toshiya Mega, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa, and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 35th ACM SIGACT-SIGOPS Symposium on Principles of Distributed Computing (PODC)
    • 発表場所
      Chicago (USA)
    • 年月日
      2016-07-25 – 2016-07-29
    • 国際学会
  • [学会発表] メッセージ通信型分散アルゴリズムの移動エージェントによる耐故障シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      五島剛,柴田将拡,大下福仁,角川裕次,増澤利光
    • 学会等名
      電子情報通信学会コンピュテーション研究会
    • 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
      2016-04-22
  • [学会発表] Loosely-stabilizing leader election on arbitrary graphs in population protocols without identifiers nor random numbers2015

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sudo, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa, and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Principles of Distributed Systems (OPODIS)
    • 発表場所
      Rennes (France)
    • 年月日
      2015-12-14 – 2015-12-17
    • 国際学会
  • [学会発表] An algorithm for partial gathering of mobile agents in arbitrary networks2015

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shibata, Daisuke Nakamura, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa, and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      The Workshop on Distributed Robotic Swarms (WDRS)
    • 発表場所
      アルカディア市ヶ谷(東京都千代田区)
    • 年月日
      2015-10-05
    • 国際学会
  • [学会発表] A silent anonymous self-stabilizing algorithm to construct 1-maximal matching under the distributed daemon in trees2015

    • 著者名/発表者名
      Yuma Asada, Fukuhito Ooshita, and Michiko Inoue
    • 学会等名
      電子情報通信学会コンピュテーション研究会
    • 発表場所
      信州大学(長野県長野市)
    • 年月日
      2015-09-01
  • [学会発表] An algorithm for uniform deployment of mobile agents in asynchronous rings2015

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shibata, Fukuhito Ooshita, Hirotsugu Kakugawa, and Toshimitsu Masuzawa
    • 学会等名
      電子情報通信学会コンピュテーション研究会
    • 発表場所
      定山渓ビューホテル(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-06-12 – 2015-06-13
  • [学会発表] Ring gathering by robots with limited vision2015

    • 著者名/発表者名
      Sayaka Kamei, Anissa Lamani, and Fukuhito Ooshita
    • 学会等名
      The 8th Annual Meeting of Asian Association for Algorithms and Computation (AAAC)
    • 発表場所
      安芸グランドホテル(広島県廿日市市)
    • 年月日
      2015-05-09 – 2015-05-10
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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