TAKAHASHI LABORATORY 京都大学大学院情報学研究科システム科学専攻システム情報論講座情報システム分野 高橋研究室 
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研究内容

概要

研究テーマ一覧
【研究テーマ概要】

ネットワーク設計理論とその応用

待ち行列理論

トランスポート層を中心とした通信品質保証技術

オプティカルネットワーキング

メディアコミュニケーションシステム

ネットワークエコノミクス

推薦図書
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京都大学

研究内容

【概要】

近年の情報の多様化、多次元化および大量化、また情報ネットワークの普及による計算機間通信の増大、さらにはデジタル通信技術の急速な発展により、各種情報システムはインターネット、携帯電話,無線LAN等に代表される通信システムによって、一層の高度化・高速化が図られようとしており、これらに関する基礎的研究が緊急の課題となってきています。そこで,当研究分野では、上述の研究動向を踏まえた上で、各種情報システムの構築・管理に必要な待ち行列理論・トラヒック理論・離散事象システム理論などの理論や性能評価に関係する研究を以下のような視点から行っています。

情報システムの構成原理
情報システム同士を接続する通信システム
情報システム上での高度な通信品質保証技術
情報システム上でのコンテンツ配信
情報システムの数学的モデルの開発と性能評価
待ち行列モデルと解析手法




【研究テーマ一覧】
情報ネットワークの設計・管理・制御
マルチメディアトラヒックの多重化法
音声,データ,動画像のリアルタイム送信におけるQoS制御
リッチコンテンツのマルチキャスト配信
ストリーミング、ビデオ・オン・デマンド,ライブ中継
モバイルネットワークのためのプロトコル開発と性能評価
アドホックネットワークのルーチング
リアルタイムコミュニケーションのための符号化,誤り制御
遠隔会議
P2Pネットワーキングのよる情報の超流通
ネットワーク・トモグラフィ遅延,ロス率,スループット
オーバレイ・ネットワークの自己組織化
多人数参加型ネットワーク・アプリケーションのP2Pによる分散処理



【研究テーマ概要】


ネットワーク設計理論とその応用

インターネットが稼働する情報ネットワークシステムは、アプリケーションの通信品質を保証する一方で高い稼働率を実現し、かつ低コストで管理が容易なものであることが望まれます。この目的のため、ネットワークシステムの設計では例えばIPパケットの遅延や棄却率を、解析およびシミュレーションによって定量的に評価する必要があります。ここではインターネットトラフィックの特性を捉えたモデリングや待ち行列理論の応用、およびシミュレーション手法の比較や可視化シミュレーション手法など、設計と性能評価の手法について研究を行っています。


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待ち行列理論

ランダム性を持つポアソン到着過程の自然な拡張として、1990年にマルコフ型到着過程が提案されました。マルコフ型到着過程は非常に表現力に富んだ到着過程であり、任意の定常な到着過程を任意精度で近似できることが理論的に証明されています。また、マルコフ型到着過程は解析的に扱いやすい形で定義されていることから、集団到着やマルチクラスを許すなどの拡張モデルが次々と提案され、それらを入力に持つような待ち行列モデルの研究が現在活発に行われています。本テーマでは、こうしたマルコフ型到着過程やその拡張モデルを入力とする種々の待ち行列モデルの中で、未だ解法が見つかっていない待ち行列モデルの解析方法と数値計算アルゴリズムについて研究を行っています。これにより、インターネットにおけるパケット・ストリームなど、入力が複雑な確率的挙動をするシステムのモデル化および解析が、数学的により高精度になることが期待できます。


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トランスポート層を中心とした通信品質保証技術

知的情報社会を支援する将来のインターネットでは高品質な動画配信や音質の良いIP電話などのサービスが求められています。このようなサービスを実現するためにはエンド・ツウ・エンドでIPパケットの遅延や棄却を最小にするだけでなく、メディア間の同期や遅延ゆらぎの低減化といった、アプリケーションの要求する通信品質 (Quality of Service: QoS) をネットワーク側で保証する機構が欠かせません。ここではエンドユーザレベルでアプリケーションが快適に動作し、かつ低コストで管理が容易なネットワークを実現するため、QoSマッピングや帯域公平性の実現に向けたトランスポート層プロトコルの改良など、レイヤ透過的なQoS保証技術の提案と性能評価を行なっています。またモバイル環境におけるQoS保証技術としてワイヤード・ワイヤレス環境に適したトランスポートプロトコルの研究も行っています。


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オプティカルネットワーキング

現在1本の光ファイバに複数の波長を多重化するWDM方式が次世代を担う超高速ネットワークインフラストラクチャとして注目を集めています。現時点ではノードにおいて光信号のままで情報を交換することができず、インターネットに代表される蓄積交換型の技術がそのままでは応用できません。そのため、MPLS技術を利用した IP/MPLS/WDM等の研究開発が活発に行われています。ここでは中期的にはIP/MPLS/WDM の最適なネットワークアーキテクチャの提案と評価を、また将来的には IP/WDM 実現のため、TCP/IP プロトコルレベルから波長割当てや経路制御まで、必要と考えられる要素技術をネットワーク横断的に研究を展開しています。


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メディアコミュニケーションシステム

インターネットが稼働する情報ネットワークシステムは、アプリケーションの通信品質を保証する一方で高い稼働率を実現し、かつ低コストで管理が容易なものであることが望まれます。この目的のため、ネットワークシステムの設計では例えばIPパケットの遅延や棄却率を、解析およびシミュレーションによって定量的に評価する必要があります。ここではインターネットトラフィックの特性を捉えたモデリングや待ち行列理論の応用、およびシミュレーション手法の比較や可視化シミュレーション手法など、設計と性能評価の手法について研究を行っています。


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ネットワークエコノミクス

現在顧客獲得のためのサービス競争がインターネットサービスプロバイダ(ISP) 間で行われており、そこではユーザ需要の把握とそれに応じたネットワークサービスの供給を戦略的に行うことが、今後の競争を勝ち抜いていく上で重要になっていくものと思われます。そのためにはユーザの需要、プロバイダの有するリソース、提供されるサービス等に対し、適切なコストモデルの構築および歳入最大化などの達成目標における定量的な評価が欠かせません。ここではISP間の競争原理やプライシング戦略をゲーム理論や数理計画法などのOR手法を用い、最適な戦略マネージメントに関する研究を行なっています。


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【推薦図書】
Kleinrock, L., Queueing Systems, Volume I: Theory, Wiley Interscience, New York, 1975.
Kleinrock, L., Queueing Systems, Volume II: Computer Applications,Wiley Interscience, New York, 1976.
Ronald W. Wolff, Stochastic Modeling and the Theory of Queues,Prentice Hall, 1989.
Takagi, H., Queueing Analysis : A Foundation of Performance Evaluation, Volume 1: Vacation and Priority Systems, Part 1, Elsevier
Science Publishers B. V., Amsterdam, The Netherlands, April 1991.
Takagi, H., Queueing Analysis : A Foundation of Performance Evaluation, Volume 2: Finite Systems, Elsevier Science Publishers B. V., Amsterdam, The Netherlands, November 1993.
Takagi, H., Queueing Analysis : A Foundation of Performance Evaluation, Volume 3 Discrete-Time Systems, Elsevier Publishers B. V.,Amsterdam, The Netherlands, November 1993.
James F. Kurose, Keith W. Ross, Computer Networking : A Top-Down Approach Featuring the Internet (3rd Edition), Addison Wesley; May 13,2004.
Dimitri Bertsekas and Robert Gallager, Data networks (2nd ed.), Prentice-Hall, 1992.
Cooper, R.B. INTRODUCTION TO QUEUEING THEORY, Macmillan,1972. Second Edition, North-Holland (Elsevier), 1981.
Kobayashi, H., Modeling and Analysis: An Introduction to System Performance Evaluation Methodology, in the Systems Programming Series. Reading, Mass.: Addison-Wesley Pub. Co., 1978.
M.F. Neuts, Matrix-geometric solutions in stochastic models, Johns Hopkins University Press, Baltimore, MD, 1981.
M.F. Neuts, Structured stochastic matrices of M/G/1 type and their applications, Marcel Dekker, New York, NY, 1989.
Jean Walrand, Pravin Varaiya, High-performance communication networks (2nd ed.), Morgan Kaufmann, 1999.

■待ち行列理論関係
高橋 敬隆, 吉野 秀明, 山本 尚生, 戸田 彰, わかりやすい待ち行列システム-理論と実践, 電気情報通信学会, 2003.
高橋 幸雄, 森村 英典, 混雑と待ち, 朝倉書店, 2001.
滝根 哲哉, 伊藤 大雄, 西尾 章治郎, ネットワーク設計理論, 岩波書店, 2001.
クラインロック著; 手塚 慶一他訳, 待ち行列システム理論, 上, 下,マグロウヒル好学社, 1979.

■情報システム関係
ジェームズ・F・クロセ (著), キース・W・ロス (著), 岡田 博美 (翻訳)インターネット技術のすべて:トップダウンアプローチによる実践ネットワーク技法,ピアソン・エデュケーション,2003.
宮原 秀夫 (著), 尾家 祐二 (著)コンピュータネットワーク,共立出版,1999.
岩波講座 インターネット 1〜6,岩波書店.

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