2017 Fiscal Year Annual Research Report
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
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17H01729
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ネットワーク科学 / 自己組織化 / 自己修復 / 頑健性 / ループ（サイクル）形成 / 玉葱状構造 / 通信効率 / カスケード（連鎖的過負荷）故障 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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、以下を確かめた。
・毎時刻に新ノードからランダム選択ノードと、その選択ノードから長いループを形成するノードへの選択的なリンク結合を繰り返し、悪意のある攻撃等に対して頑健性を強化できる新たな自己組織化法を提案した。この逐次成長ネットワークは最適な攻撃耐性を持つ玉葱状構造となること、及び、上記のループ形成を数ホップ内に範囲限定した分散処理に適した場合でも有効性を得た（学術論文1件）。また、ネットワーク科学の国際的な最前線の研究動向を研究会にて紹介した（国内チュートリアル講演1件）。
・自己組織化による結合耐性の強化のみならず、送受信フロー制御による（過剰圧力をバイパス的に逃がして衝撃吸収するのに似た）レジリエンス機能についても検討を始め、各ノードの転送許容量に応じた適応的ルーティングで、過負荷故障伝搬を抑えられる見通しを得た（国際会議1件、国内研究会2件）。
・自己修復に関する実験環境の整備として、現実のネットワークのWeb公開データから分析対象となる連結成分を抽出し、大規模な可視化ツールも試用して使い勝手を把握した（国際会議1件）。また、悪意のある攻撃で除去されたノードの影響を受ける隣接ノード間のリンク張り替えを考え、それら隣接ノードを繋ぐ長いループの形成に着目した、頑健性を向上させる治癒修復法の有力候補を探った（国内研究会1件）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本科研において当初計画していた、長いループの形成に着目した新たな自己組織化として（現実のネットワークと比べて通信効率を損なうことなく悪意な攻撃にも強い）頑健なネットワークの逐次成長法、及び、分散処理に適したその範囲限定版の有効性と、現状において最適耐性を持つ玉葱状構造の創発などについて、予想通りの結果が数値的に得られて、初年度の課題をほぼ概ね解決できたと考えられる。
さらに、送受信フロー制御によるレジリエンス機能については、やや先行して検討を進められたと言える。
一方、自己修復に関する部分は、比較すべき既存手法の追試に思った以上の時間を費やす事態となった等から、治癒修復法の有力候補を探るレベルに留まったが、今後すべき実験項目の洗い出しは出来ている。また、ネットワークデータや（ノード間の中継数による通信効率、玉葱状構造かどうかを判断する為の次数相関、種々の典型的な攻撃に対しての頑健性などを測る）基本的な分析ツールやマルチコアPCなど主な実験設備の整備は初年度でほぼ完了したと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、自己組織化法による逐次成長ネットワークの頑健性（攻撃に対する結合耐性）の強化改善を目指しつつ、送受信フロー制御によるレジリエンス機能に関する数値シミュレーションに基づく性能分析に注力していく。また、逐次成長するネットワークにおける玉葱状構造の創発メカニズムについて、そのネットワーク構築のアルゴリズムの背後にある本質的な設計原理の解明により踏み込み、時間的な次数相関の増加などをより解析的に分析できるアプローチをも見出す。
自己修復に関しては、洗い出した実験項目を優先順に絞りながら計画的にシミュレーション分析を効率良く進めることで遅れた部分を取り戻す努力をし、次年度から予定している資源配分の制約が加わった場合の検討に着手する。
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Research Products
(9 results)
