理論を駆使して現実の諸問題を鮮やかに解決する －数学・情報科学・数理工学の威力－ 最適化理論，アルゴリズム，グラフ・ネットワーク理論，離散数学，計算量理論，確率論，統計物理，オペレーションズ・リサーチ，情報通信ネットワークが主要なキーワード 「理論から開発まで」 がモットー．理論も新たに構築する，「使える理論」を見せていく．システムも開発する，動くものを作って世に見せていく．   劣通信環境下における通信技術DTN(Delay- Disruption- and Disconnect Tolerant Networking)に関する研究 東日本大震災や阪神淡路大震災をはじめ，近年の相次ぐ災害を通して，災害時の迅速な状況把握・情報共有・適切な避難誘導の必要性が認識され，それら の基盤となる災害時の情報流通に目が向けられている．通常時には高速な通信ネットワーク環境を享受できたとしても，大規模災害時にはそれら通信インフラが 損傷を受けて通信は断絶し，災害直後こそ情報流通が最も必要であるにも関わらず，人々は孤立した状態に置かれてしまう．このような状況における現実的な情 報流通手段の確立は必要不可欠である． 劣悪な通信環境（劣通信環境）にも関わらず情報流通手段が必要な状況は災害時だけではない．地震観測・津波検知・気象観測・農作物生育状況調査などにおい て，センサによる環境モニタリングが実用化されつつあり，災害予測や生産性向上などへ多大な効果が期待されている．しかし，現在はまだセンサからの情報収 集は主に有線ケーブルであるため，膨大なコストが壁となり導入が進まないという問題がある． これらに代表されるような，既存の通信技術が暗黙のうちに仮定していた前提が適用できない劣通信環境における通信は，DTN (Delay- and Disruption-Tolerant Networking) と呼ばれ，近年世界的に研究開発が行われている． 研究室では，DTNに関する研究開発を行っている．特に，DTNを実現するための核となる技術である蓄積搬送型通信を扱っている．蓄積搬送型通信とは， ノードが情報を蓄積しながら移動し，ノード同士が近接した際に近距離通信機能によって情報転送を繰り返す通信方法である．ノードとして携帯端末を持つ人を 考えれば，近距離通信機能として既に一般的なBluetooth通信を利用することで，比較的容易に実用化できるというメリットがある．しかし，単純にこ れを用いるだけでは，目的ノードへの到達可能性も小さく，高い性能を得ることが困難という問題がある．そこで研究室では，蓄積搬送型通信の制御方法の高度 化と，それらの制御方式に基づいた避難誘導システムを開発することを目標として研究開発を行っている．このように，理論と実用化を同時に進めることによ り，学術的にも社会的にも有用な，劣通信環境における情報流通技術を確立することが目的である． 蓄積搬送型通信に関する研究 蓄積搬送型通信の性能限界の解明 蓄積搬送型通信の効率化 「1. 蓄積搬送型通信の性能限界の解明」は，ノードの移動特性に応じた蓄積搬送型通信の性能を理論的に解明す ることが目的である．これにより，実現可能な性能目標値と到達度がクリアにできる．これまでに，ノードがランダムウォークする仮定の下で蓄積搬送型通信が 行われた場合について，ノード数や領域形状と情報伝達時間の関係性を明らかにしてきた．実際には人や車がノードであることが多いため，そのウォークの性質 を利用して効率化可能であるが，それができない最悪の状況での性能を調べることで，蓄積搬送型通信で実現可能な性能の限界を明らかにできる．その結果，こ れまでに，すべてのノードが情報を共有するまでの時間分布が漸近的にべき乗則にしたがうことを明らかにした．また，ノード数の増加とともに情報共有時間の 平均値や分散が発散する状態から有限の値をとる状態へある種の相転移が起こること，またべき指数が大きくなることを明らかにした．これらの結果は，一般に は情報共有に長い時間がかかる可能性は無視しえないが，ノード数が十分多くなると，情報共有時間が短くなると同時にばらつきも小さくなり，情報共有が効率 よく進むことを意味する．したがって，大勢の被災者や大量のセンサが存在する現実的な状況においては，蓄積搬送型通信は通信手段として有効であることを， 理論的な観点から明らかにしたと言える．現在は，ヒューマンモビリティに関する知見も考慮してより精密な性質の解明に取り組んでいる． 次に，「2. 蓄積搬送型通信の効率化」は，ノードの移動経路やノード同士の遭遇に関する特性を利用すること で，蓄積搬送型通信の効率的な制御法を設計することが目的である．そのために，これまで大きく二つの方向から研究開発を進めてきた．一つは，ノード同士の 遭遇時間間隔に関する情報から，ノード同士の出会いやすさを推定しておき，データを持つノードが他のノードに出会ったとき，そのノードが目的ノードと出会 いやすいか否かによってデータを実際に転送するか否かを決定するものである．目的ノードに出会いやすいノードのみにデータを転送するため，データのコピー 数が抑えられ，ストレージや電力消費量が少なくて済むと同時に，高い到達確率と短い到達時間が期待できる．このアイデアに基づき，最適停止理論を利用し て，理論的な性能保証ができるデータ転送ノード決定アルゴリズムを設計した．また，災害時に残存した通信ネットワークと車車間通信を組み合わせた通信方式 (Virtual Segment方式)の高度化も行った．これについては，開発した道路網トポロジ推定システムによって推定した，東日本大震災直後における実際の道路網ト ポロジを利用してシミュレーションを行った．その結果，東日本大震災時に，この通信方式を利用したシステムが使われた場合の情報流通効果が定量的に評価で き，有効性を示すことができた．現在は，ヒューマンモビリティに関する知見も考慮して，より高性能な通信方式の研究開発を行っている． … Continue reading 研究内容