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エージェントの自律的組織化学習アルゴリズムとシステム効率化の実現代表研究者
【研究種目】基盤研究(B)
【研究領域課題番号】20H04245
【審査区分】小区分61030:知能情報学関連
【研究期間】2020-04-01〜2024-03-31
【研究キーワード】マルチエージェントシステム / 協調構造 / 深層強化学習 / 分散人工知能 / 組織化 / 機械学習
【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
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分業の創発とそれを活用した人工物システムの持続可能性向上の追求代表研究者
【研究種目】基盤研究(B)
【研究領域課題番号】17KT0044
【研究分野】人工物システムの強化
【研究期間】2017-07-18〜2022-03-31
【研究キーワード】マルチエージェントシステム / 分業 / 強化学習 / 自律分散システム / ノルム / 進化計算 / 持続可能性 / 協調体制 / 交渉プロトコル / 巡回問題 / 分業体制 / 人工知能、 / エージェント / 機械学習 / 協調
【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
研究実績の概要
情報通信・センサ等のデバイス・機械技術の発展により、実世界をモニタし人間の活動の補助、安全安心の実現をめざしたシステムが導入され、今後も多くの応用が期待される。しかし環境からの大量の情報とイベントに基づき、それらを実時間で処理する必要があり、多数の計算機や制御プログラムを連携・協調させる技術が重要になる。さらに、人間社会に融合したシステムには、故障とシステム更新を想定した頑健性と持続可能性を実現する技術が必須となる。システムの自律的連携の学術的研究は、人工知能の分野では、ソフト・ハードウェアをエージェントとモデル化し、それらの分業や協調による効率化として提案されてきた。しかし、分業を自律的に創発させ、その最適化やチーム組織化をめざした研究、複数の構成要素からなる「人工物システム」の持続可能性を視野に入れた研究は見られない。ここでは特に、社会で継続的に機能させるために、システムの機能の停止や変動を最小限に抑えながら入替え・更新を実現する自律的手法と、分業の機能を活用してシステム持続可能性の向上を追求する。
本研究期間では、昨年に引き続き、継続的運用に必要な定期的メンテナンスなどで抜けたエージェントによる一時的だが大きな効率低下を和らげる手法の提案内容を高度化し、また実験によりその効果を測定した。また、「予め領域分割を行って分業する手法」においてもこれを拡張し、分割形状をなるべく連結とすることを、エージェントの自律的な領域獲得による領域分断を解消しながらも全体の効率を維持する手法を提案した。なお、同様な動作を深層強化学習での可能性も合わせて試みているが、エージェントの自律性から学習しないエージェントや、特定の領域を全エージェントが無視するような行動学習が見られ、今後はこちらについても取り組む予定である。
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マルチスケールSDNのための制御ソフトウェアの基礎研究
【研究種目】基盤研究(C)
【研究領域課題番号】15K00138
【研究分野】情報ネットワーク
【研究期間】2015-04-01〜2018-03-31
【研究キーワード】SDN / OpenFlow / マルチテナント / セキュリティ / DDoS / C-Plane / 仮想化 / 自律制御
【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
研究成果の概要
本研究では、現在、主に単一のサービス基盤の制御に使われているSDN技術を、複数の利用者ネットワークが重畳するマルチテナント環境や大規模なネットワーク等の多様なレベル(マルチスケール)のサービス基盤の管理・運用に適用可能とすることを目指している。
具体的には、各テナントがSDN技術で制御するデータセンタ・クラウドのネットワークをSDN基盤上に効率的に重畳させる技術や、大規模ネットワークの柔軟な制御機構としてSDN技術によるサイバー攻撃対処の機構を実現した。本研究の成果により、これまで管理レベルの技術であったSDNによる柔軟な制御の恩恵をユーザレベルネットワークもが受けることができるようになる。
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マルチエージェントシステムにおける自律的組織化と割当問題の効率化の相互作用の研究代表研究者
【研究種目】基盤研究(B)
【研究領域課題番号】25280087
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2013-04-01〜2017-03-31
【研究キーワード】分散協調問題 / 負荷分散 / 提携形成問題 / チーム編成問題 / ノルム / 大規模分散システム / マルチエージェントシステム / 強化学習 / 提携形成 / 分散システム / 自己組織化 / 知的エージェント / 分散資源割り当て / マルチエージェント機械学習 / 組織ネットワーク / リソース割当 / 進化ゲーム / 分散協調資源割当問題 / マルチエージェント学習 / 組織化 / 自律ネットワーク / 最後通牒ゲーム / 協調ゲーム / 互恵性 / 分散資源割当問題 / 組織
【配分額】11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
研究成果の概要
本研究では、異なる能力を持つ多数のエージェントが処理を通じて自律的にグループを構成して、その中で適切なリソース/タスクを配分することで、効率的かつ全体の能力を最大限に引出す分散割当法を提案し、その評価とエージェント間の相互作用を調査した。特に本研究では、エージェントが構成するチームと利益配分、タスクの割り当ての関係を抽象化した繰り返しゲームとして表現し、エージェントの行動戦略と学習により効率向上をさせる制御の解明に注視した。その結果、行動戦略を自律的に学習する手法により、互恵行動による頑健な組織構造を築くこと、またその間を渡歩く合理行動をとるエージェントの混合が、効率をあげることが分かった。
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マルチエージェントプランニングにおける環境適応型動的連携形態変更機構の創出
【研究種目】基盤研究(B)
【研究領域課題番号】23300058
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2011-04-01〜2014-03-31
【研究キーワード】マルチエージェント / プランニング / 協調メカニズム / 動的適応 / 交通制御 / 間接制御 / 連携形態 / 中央制御 / 関節協調 / 間接協調 / 自律分散 / 交通制御問題 / 直接協調
【配分額】9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
研究概要
家庭向け自律ロボットや次世代電子秘書システム等などの自律システムが,生活環境に多数遍在する状況が訪れようとしている。この時,個々のシステムが「どの人にどのような働き掛けをどのように実行するのかを決定するプランニング」を行う必要があり、ここで重要となるのが,「個々のシステムがお互いに如何に連携してプランニングを行うか」という問題である。本研究では、各システムの処理能力や動的に変化する負荷、そしてシステム間で発生する競合問題等を考慮し、それぞれがサービスを一時停止せず常に最適なプランニングの実行を維持するための、状況に適応して動的に協調の連携形態を変化させる仕組みの創出と確立を目指す。
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非均質マルチエージェントシステムの競合状況におけるノルムの獲得と維持に関する研究代表研究者
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究領域課題番号】23650075
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2011〜2013
【研究キーワード】社会規範 / 非均質エージェント / 分散処理 / 複雑ネットワーク / 強化学習 / マルチエージェントシステム / ノルム / 慣習 / 学習 / 安定性 / マルコフゲーム / 人工社会 / 大規模分散システム / 習慣 / 負荷分散 / 進化システム
【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
研究概要
本研究では競合状態の秩序をノルムとしてプログラム(エージェント)が習得する手法を提案し、その性質を調べた。このために競合状態を利得行列(戦略の選好と学習報酬)付きのマルコフゲームを用い、競合解消できない行動選択では競合が残り続ける定式化と、一時的には損しても効率的に競合から離脱するノルムを学習できるか調査した。その結果、(1)ノルムを獲得できるが、その質と安定性は利得行列に影響する、(2) 少数の異質のエージェントがノルムの学習自体は阻害しないものの、一度確立されたノルムを壊す現象がある、(3) エージェントにネットワーク構造を導入し、ノルムの変動と局所的なノルムの収束があることを確認した。
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超多数マルチエージェントシステムの能力を引出す交渉プロトコル・戦略の研究代表研究者
【研究種目】基盤研究(B)
【研究領域課題番号】22300056
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2010〜2012
【研究キーワード】マルチエージェントシステム / 負荷分散 / 契約ネットプロトコル / 学習 / 大規模分散システム / 分散処理 / 交渉プロトコル / 調整メカニズム / 自律エージェント
【配分額】8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
研究概要
本研究では、交渉プロトコル、特に契約ネットや市場モデルをベースとしたタスク割当て問題を題材に、大規模なマルチエージェントシステムにおける効果的なタスク割当て手法を提案・評価した。市場や入札をベースとした割当てでは、特に大規模になると特定の「良い」タスクに集中し、その結果全体としての効率が下がる傾向がある。しかし、この状況は全体の負荷度合いに依存し、効率が下がるときと上がるときがある。ここでは、 phantom task を導入し、それにより近隣の負荷度合いを推測しながら、適切な選択・落札戦略を決定する方式を提案した。
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分散仮想マルチポイントスイッチング技術の研究
【研究種目】基盤研究(C)
【研究領域課題番号】22500072
【研究分野】計算機システム・ネットワーク
【研究期間】2010〜2012
【研究キーワード】ネットワークアーキテクチャ / ネットワーク仮想化 / 仮想ネットワーク / VLAN / マルチポイントスイッチング
【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
研究概要
本研究ではVLANなどの仮想化ネットワーク基盤を対象として、ネットワーク内の複数の点で通信の中継(ルーティング)を行うマルチポイントスイッチング技術を提案した。これにより、中継点を仮想化レイヤのトポロジを考慮して動的に配置することで、仮想化されたネットワーク資源を有効かつ効率的に利用する、仮想化通信制御の基礎技術を創出した。
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情報ネットワーク経済のためのメカニズム設計理論の確立
【研究種目】基盤研究(A)
【研究領域課題番号】20240015
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2008〜2012
【研究キーワード】メカニズム設計 / ゲーム理論 / 情報ネットワーク経済 / エージェントシミュレーション / 実験経済学
【配分額】49,530千円 (直接経費: 38,100千円、間接経費: 11,430千円)
研究概要
本研究課題では,与えられた要求条件を満たすメカニズムを自動生成するメカニズムジェネレータの開発を目標として,数多くの研究成果を創出した.特に,メカニズムデータベースに含まれる要素メカニズムの開発とメカニズムジェネレータに関する基盤技術である自動メカニズムデザイン技術の開発を行った.エージェント分野の最難関国際会議である International Conference on Autonomous Agentsand Multiagent Systems (AAMAS) にて,2008 年に最優秀学生論文賞を受賞し,2009 年に最優秀学生論文賞の次点となっている.また,2008 年にエージェント分野の一流国際会議であるIEEE/WIC/ACM Int. Conf. on Intelligent Agent Technology (IAT) で最優秀論文賞を受賞している.さらに,本研究課題のコア技術である自動メカニズムデザインに関する論文が,情報科学技術フォーラム (FIT-2011) の最優秀論文賞である船井ベストペーパー賞を受賞した.
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トップダウン制御可能なマルチエージェント協調・競合アルゴリズムの提案
【研究種目】基盤研究(C)
【研究領域課題番号】20500133
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2008〜2010
【研究キーワード】知的エージェント / マルチエージェント / ネットワーク / フェロモンコミュニケーションモデル / 次世代高度交通制御システム(ITS) / 分散協調 / 渋滞解消 / 信号機制御 / ばねモデル / グリーンウェーブ / 渋滞予測 / VICS / Probeシステム / 実時間性
【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
研究概要
局所的な情報に基づいて自律的に動作する多数のエージェントにて構成されるマルチエージェントシステムを構築する際に,システムをボトムアップに構成する手法と,トップダウンに構築する手法とを融合させる方法の創出を目的とし,両者を競合させて動的平衡状態とする方法を提案した.そして,次世代知的交通制御システムを題材として,渋滞状況予測手法と信号機制御手法を提案し,両手法を効果的な融合を実現させることに成功した
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スケーラブルな監視とアドレス空間の動的利用が融合した情報通信基盤
【研究種目】特定領域研究
【研究領域課題番号】19024069
【審査区分】理工系
【研究期間】2007〜2008
【研究キーワード】インターネット / トラフィック / セキュリティ / ダークネット
【配分額】6,600千円 (直接経費: 6,600千円)
研究概要
本年度は以下の3つのアプローチで研究を行った.
「観測空間相互の相関解析」では, 時間・アドレス空間のにおける攻撃パターンの相関解析を行い, 比較的小規模の監視アドレスブロック(32ホスト分)のデータから1000アドレス程度離れたアドレス空間の統計的な挙動が推定可能であることを明らかにした. 同様に, 攻撃者の平均的な攻撃速度(伝播遅延)の推定方法を確立した. また, これらの伝播速度はベースとなる監視アドレスの位置によって大きく変化することを明らかにした. これらの結果は分散協調観測の際の監視アドレス配置を決定する上での重要な指針である.
「断片Darknet用パケット収集ブリッジ」は実ネットワークにおける各種サービスの利用と攻撃情報の収集を並立させることを目指した基盤技術である. 実トラフィックの流れを監視・制御しつつDarknetを実現するブリッジを実現したことにより, 分散協調のポリシに基づいた観測アドレス空間の変更を容易に行うことが可能となり, さらにネットワークの利用状況に応じた柔軟な攻撃情報の収集が可能となった. 「アドレス空間の変更による自律防衛基盤」では, サービス提供用に公開しているアドレスを動的に入れ替えながら運用を行うことが可能なアーキテクチャを提案・実装した. サービスを提供するサーバに対する攻撃を抑制(抑制率 : 18-60%)するとともに, 攻撃性のトラフィックを効率的に収集することが可能となった.
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分散仮想マルチレイヤルーティング技術の研究
【研究種目】基盤研究(C)
【研究領域課題番号】19500054
【研究分野】計算機システム・ネットワーク
【研究期間】2007〜2008
【研究キーワード】情報通信システム / 仮想ネットワーク / VLAN / トラフィック制御 / 分散仮想ルーティング / 802.1Q
【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
研究概要
現在のネットワーク基盤で広く使われている仮想LAN(VLAN)のような技術では, 一つの物理的なネットワークインフラストラクチャ上に複数の仮想的なネットワークがソフトウェアにより構成される. しかし, 仮想化されているかどうかは上位層からは区別が付かないため, 冗長なトラフィックが発生する可能性がある. 本研究では, 複数レイヤの連携により仮想化されたネットワーク全体の利用効率を高め効率的な通信を実現する通信基盤の基礎技術を確立した.
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大規模エージェントシステムのためのスケーラブルな交渉プロトコルの研究代表研究者
【研究種目】基盤研究(C)
【研究領域課題番号】19500138
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2007〜2008
【研究キーワード】マルチエージェントシステム / マルチェージェントシステム / 交渉プロトコル / タスク割当て / 負荷分散 / 自律エージェント / 契約ネットプロトコル / コントラクトネットプロトコル
【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
研究概要
本研究では、大規模なマルチエージェントシステムに向けて、スケーラビリティや全体の効率を考慮した交渉プロトコルによるタスクの割り当て手法を検討した。タスクの構造を単純化した仮定のもと、10000以上のエージェントが相互に干渉する可能性のある環境で、既存の手法と比べ、特に重要と思われる局面で、30%程度の向上を実現する割り当て戦略を考案し、国際会議などで発表した。
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新世代インターネットプロトコルIPv4++の研究
【研究種目】基盤研究(C)
【研究領域課題番号】18560390
【研究分野】通信・ネットワーク工学
【研究期間】2006〜2007
【研究キーワード】インターネット / プロトコル / フリースケール / ルータ / ネットワーク / 新世代 / 再帰 / レルム
【配分額】3,980千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 480千円)
研究概要
平成18年度は、主にIPv4++方式を実現するための多方面からの機能検証を行い、平成19年度は、実装上の問題点の明確化と設計へのフィードバック、そして実装を進めた。
(1)レルムという概念を導入し、これで再帰的にネットワークが構成されるというパラダイムでIPv4++ネットワークが明確に説明できることを明らかにした。これを情報処理学会OS研究会にて発表した。
(2)ミッションクリティカルな利用に対応するため、バックアップ機能の追加を行った。この切り替え時間を二桁程度向上させるための経路制御アルゴリズムTPV(Temporal Path Vector)について論文をソフトウェア科学会第8回インターネットテクノロジー研究会にて発表した。また、経路制御管理を容易にするための方式について、研究分担者が論文を発表した。
(3)英文論文ドラフトを執筆し、研究協力者であるコーネル大学のポール・フランシス教授と議論を行った。論文が複雑になりすぎた事を指摘され、装置中心に書き直すとともに、実験結果を入れることとした。また、米国BBN研究所のクレイグ・パートリッジ博士と議論を行い、標準化トラックに載せるよりも、事実上の標準にすることを急ぐようアドバイスを受け、設計と実装を加速することとした。
(4)機能設計および詳細設計の検討中に、VPN(Virtual Private Network)のパスを通すことができないことがわかり、VPNでは固定的に割り当てることで、本問題を回避することとした。
(5)Linux上で本方式の実装を進めたが、進捗率は全体の70%程度となった。現在、実装を加速させている。
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架空名義入札に頑健なネットワークリソース割当てのモデル化と評価代表研究者
【研究種目】基盤研究(C)
【研究領域課題番号】17500102
【研究分野】知能情報学
【研究期間】2005〜2006
【研究キーワード】オークション / マルチエージェント / 負荷分量 / フェアネス / 資源割当て / 資源選択 / 経路探索 / ネットワーク / 負荷分散
【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
研究概要
本研究では,ネットワーク上の各リソースを市場原理に基づいて公平かつ効率的に割り当てるプロトコルを,その実装に向けて評価することを目的とする.
P2Pや分散センサネットワークなどのアドホックなネットワークにおけるデータ転送では,個々のノードの所有者や規格が異なる.この場合,各ノードにデータを適切に転送するための誘因(報酬)を考慮しなければならない.この報酬の決定にはしばしばオークションプロトコルが用いられる.しかし従来のプロトコルでは,あるノードが架空のノードを用いるか他ノードと共謀することで,不正に報酬を獲得できることを示した.この場合、理論的にもっとも優れているVickrey-Clarke-Grovesプロトコル(VCG)でも、不正行為は防げない。
本研究では、さらに、選択されうる経路を所有しているエージェントの数に応じたペナルティをVCGに適用し、Reserve-Costプロトコル(RC)を提案し、このプロトコルが架空名義を用いた操作の影響を受けないことを理論的に明らかにした。計算機上に再現した小世界ネットワークに対して、提案プロトコルを評価し、VCGに対して約60〜80%の効率性を達成することも示した。
また実際のネットワークでは,各ノードでオークションなど取得可能な情報に基づいてどこからデータを受ける(送る)べきかを決定する必要がある.これは,入札可能な対象(サーバなど)が複数あるときに,適切な入札箇所をある程度推定することに相当する.しかし、ネットワークの資源割当てのように非常にたくさんの要求が同時に起こり、かつ多くの地点から独立に処理をする必要がある.このような状況で資源割り当てプロトコルで見られる現象の解析も行った。それぞれが合理的に判断をすると全体の効率が落ちる現象があり、このために揺らぎや学習を導入することが一定の効果を上げることを示した。