研究分野
Research Fields
Research Fields
当研究室はネットワークの研究を主に行っております.
インターネットのような物理的に存在するネットワークから,人間関係ネットワークやニューラルネットワークなどのモデルとして扱う論理的なネットワークまで,幅広く扱っております.
ここでは当研究室で行われている研究分野やテーマをご紹介し,最後に学生さんの卒論・修論の研究題目を紹介します.
コンピュータネットワーク
インターネットの通信は,多くのプロトコル (通信規約) に基づいてデータの送受信を行います.プロトコルは階層構造の仕組みになっているため,インターネットのプロトコルの一部を置き換えたり,新規に追加することが容易な設計になっています.
インターネットは,狭義の意味ではネットワーク層にInternet Protocol (IP) を使用したネットワークであり,Webやメールなどの一般的なプロトコルもIPを利用したプロトコルとして定義されています.
IPには現在主流のIP version 4 (IPv4) と,近年普及してきたIP version 6 (IPv6) の2種類があり,この2つのバージョンのプロトコル間には互換性がありません.
当研究室では2つのIPの互換性や共存を目指した研究や,それぞれのIPをベースにした上位の新たなプロトコルの開発・改良の研究を行っております.
近年では信頼性の確保のためのプロトコルとしてTransmission Control Protocol (TCP) の代わりにQUICを使用する方式が注目を浴びています.QUICはYoutubeなどの大手のウェブサイトで積極的に使用されており,現在は次世代ウェブ通信用プロトコルであるHTTPバージョン3用のプロトコルとなっておりますが,当研究室ではQUICを利用した新しいアプリケーションプロトコルや,IPに変わるコンテンツ指向のプロトコルの上位プロトコルへQUICを使用する研究などを進めております.また,当研究室ではTCPとQUICの共存についての研究も進めております.
MANET(Mobile Ad-hoc NETwork) は,移動端末間をP2Pで接続して作成されるネットワークです.災害時等の通信インフラが使用できない地域,宇宙や深海などの未開拓地での臨時ネットワーク等の利用が期待されています.近年では,5G利用における通信帯域緩和目的での利用や,自動車間通信 (VANET),飛行物体間 (FANET)での利用の研究も行われています.
当研究室ではMANET上での通信の仕組みや,MANETを用いて集めた周辺の情報を用いた避難誘導システム,自動運転経路提示システムなどの応用アプリケーションの研究を行っております.
2024年からは東京理科大学マルチハザード都市防災拠点の研究に協力し,被災地支援のため,MANETと機械学習の技術を用いて,ドローンの自律制御,災害直後の現場把握,通信インフラ形成の研究を行っています.
# 詳細は共同研究のページをご覧ください.
インターネットを構成する大きな要素として,データを配送するルーティングの技術があります.現在のインターネットの通信の多くは,アドレスと呼ばれる識別子をデータに付与し,そのラベルを元にバケツリレーの方式でデータを配送します.
様々な経路が存在するネットワークではリレーする相手を上手に選ぶことで混雑を防いだり,短時間で到着することが可能になります.
当研究室では多対多の通信のデータ配送方式,MANETなどの動的かつ臨時ネットワークでの配送方式,コンテンツや情報指向ネットワークでの配送方式など,データを配送する仕組みの研究を行っております.
インターネットはベストエフォート型のネットワークに位置付けされます.ベストエフォート型のネットワークとは,「可能な限り」速く,正確にデータを届けようとする通信網のため,データには欠落・誤りが発生する場合があります.
実際のアプリケーションでは,電子メールのような送受信データに誤りが許されない通信を前提にしたものが数多くあります.インターネットでは,誤りや欠落を許さないために,欠落や誤りデータを検知する機構,検知した場合に再送・修正する技術を用いることで信頼性を確保しております.
また,データ配送はバケツリレー式で行われるため,途中の経路で第3者による不正な閲覧・改竄が行われる可能性があります.そのためインターネットでは暗号や署名と呼ばれる技術を用いて安全性を実現しております.
当研究室では,多様化するニーズに対応した安全性や信頼性の実現のため,暗号や誤り訂正技術,不正アクセス検知やファイアウォール,ブロックチェーンなどの分散台帳の研究を行っております.
現在のインターネットは,エンドツーエンドの法則に基づいて,IPアドレス(インターネット上の住所)を元に送信元・受信先を識別する手法で構成されています.
この方式は欲しい情報を所持しているノードが事前にわかっていて,そのノードのIPアドレスを指定して通信する必要があります.
これに対して情報指向ネットワーク (Information-centric networking)やコンテンツ指向ネットワーク(Content Centric Networking)は,情報(やコンテンツ)を指定した通信方式となり,情報を保持しているノードを意識することなく,情報の要求が可能になります.
このような方式は情報の保持者を事前に知ることが困難な環境において,非常に有効であり,当研究室では被災地で展開する臨時ネットワークやモバイルアドホックネットワーク上で実現する通信方式として活用する研究を進めています.
知能情報学
近年のAIブームを支える技術として,深層学習と呼ばれる多層ニューラルネットワークを用いた技術があります.深層学習は人間には到底把握しきれない微細な相関や因果関係を学習し,異なるデータでも高い精度で分類する技術で,現在では様々な分野の人工知能として活用されています.
当研究室では深層学習が何を学び,何を重視し,どのように判断を下しているのかを知る (説明可能AI:Explainable AIといいます) ために,Vector Quantization (VQ) を用いて画像解釈可能性を向上させる研究や,自然言語を対象にしたWT5と呼ばれる根拠も学習に組み込むモデルを活用した解釈の研究を行っております.
また解釈可能性を高めることによって深層学習全体の精度を高める研究も行っております.
最近はスポーツデータの解析にも用いており,学生さんが優秀な成果をあげております.
深層学習の応用として自律型エージェント (Autonomous agent) としての行動決定があります.この技術はゲームのコンピュータの思考や,自動運転・自動操縦などの意思決定,それらを行うためのさまざまな予測などにおいて,現在では多くの分野で成果をあげております.
当研究室では,ボードゲーム,テーブルゲーム,コンピュータゲームなどのエージェントの開発や,自動運転への応用研究,自動判定などの研究を行っております.
近年では機械学習による判定・予測・分析などを用いて日本統計学会主催のスポーツデータ解析コンペティションにおいて,当研究室の学生メインのチームが数多く受賞しております.
コンペティションの詳細は共同研究のページをご覧ください.
近年の深層学習モデルは,多種多様なメディアを扱うことができるようになってきました.当研究室ではドローンやスマートフォンカメラなどから撮影される画像を元にNeRFや3D Gaussian Splattingなどの技術を用いた3次元構造を再現する取り組みを行っております.その3次元構造を用いて,カメラの撮影位置を測定する研究(Geolocalization)の精度を高める研究や,推定するための画像角度を変えて,材質など判定を行う研究,測量ツールへの応用,撮影された被災地映像の被害理由を推定する研究,画像から避難経路を算出するために道路(通路)を自動認識する研究,監視カメラ映像から重大なイベントの検知をする研究などを行っています.
情報推薦・自然言語処理
プログラム言語での記述や通信プロトコルと異なり,人間の使用する言語 (自然言語) は非常にあいまいで複雑なルールで成り立っています.(ルールで定義できないケースもあります.)
この難解な自然言語をコンピュータで処理するための研究分野が自然言語処理 (Natural language processing : NLP) であり,多くの研究者がNLPの研究に携わってきました.
当研究室では,TransformerやBERTなどの近年登場した技術や古くからのルールベースの手法などを織り交ぜて,翻訳生成,質問文や解答生成,カウンセリングなどの対話を行う研究 (自然言語生成) や,自然言語を解釈 (自然言語理解) して,話者の感情を推定するシステムなどの研究を行っております.
2021年度には,当研究室開発のなぞかけ生成システム「AIっち」となぞかけ本家のねづっち氏の競演イベントが行われました.開発者の大原さんは,AIっちの研究で情報処理学会第81回全国大会にて学生奨励賞を受賞しました.
2023年度よりAXテックケア株式会社様,2025年度よりは合同会社BlindX様と日本語かな漢字変換システムの共同研究を行っています.BlindXのアーキテクチャは2026年2月に特許取得が完了しました.
詳しくは共同研究の頁を参照ください.
情報やデータをコンピュータで処理してユーザに最適なコンテンツやアイテム,人などを推薦する技術を情報推薦技術といいます.
近年ではamazonなどのECサイトやマッチングシステム,ターゲティング広告などにも用いられ,多くの人にとって身近な分野となってきました.
当研究室では,アイテムベースやユーザベースの協調フィルタリングといった古い手法から近年の機械学習ベースの手法までを活用した応用研究や,自然言語を用いた新たな推薦システムの開発,グラフ理論を用いた推薦システムの研究などを行っております.
2020年度には,当研究室の学生2名が中心となって開発した自然言語処理を用いたカフェ推薦システムが経営科学系研究部会連合協議会主催のデータ解析コンペティション(OR部門)で受賞(敢闘賞)しました.
上記以外のテーマも扱っております.外部発表された文献リストは以下をご覧ください.
2025年度
役職推論と類似局面検索を統合した人狼知能エージェントの提案
時系列のPOSデータに対する予測モデルの精度向上方法の提案
マイクロコントローラ向けNDNプロトコルスタックの設計と実装
潜在構造に着目したジャンル別販売特性の把握
地域特性と書籍内容を考慮した書籍需要予測手法の提案
Target 情報を利用した日本語皮肉の悪口性分類 -データセット構築とモデル評価-
創発言語による日本語の再構成と難読化及びその評価
XGBoostを用いた日本プロ野球における有利度算出モデルの構築
自然言語仕様書からの依存関係グラフ生成手法の構築
一人称視点テニス映像におけるコートライン構造推定
2024年度
漫画におけるキャラクターの顔検出精度向上
感情間距離を反映したテキスト埋め込みによる聞き手感情推察手法の提案
被災家屋画像から被害度や種類を分類するシステムの構築
ネットワーク可用性の向上に向けた新規指標の提案と評価
サッカーにおける攻撃成功要因の分析
購買ログを対象とした生鮮食品カテゴリ分類の実装と評価
自律UAVを想定した操作パッケージの実装
雑談対話言語モデルの個人性に注目した性能評価に関する検討
HTTP/3ストリームを活用した動的リソース返却の効率化に関する研究
低フレームレートのドローン映像に対する画像生成を用いた異常検知の構築
被災地支援における3DGussianSplattingの応用
救援投手を対象とした被出塁予測モデルの作成と SHAP による要因分析
生物学的制約を取り入れた対戦AIの実装
大規模コードベース解析のためのAIエージェントフレームワークの提案
2023年度
野球におけるスターティングメンバーの選出に有用な出塁予測モデルの構築と評価
Mediapipeを用いたバスケットボールシュート予測
パス成功確率に基づくパスの評価指標の提案及び選手評価
汎用セグメンテーションモデルを用いた折り紙の基本的な形状作成
混雑状況を加味した乗り換え経路案内の作成
HTTP/3における並列ダウンロードの実装と評価
将棋AIを対象としたPVに基づく解釈手法の構築
強化学習を用いたエージェント個体能力差による協調的役割分化への影響の分析
汎用性を重視したモーションデータのリアルタイム配信システムの構築
大規模災害時におけるDTN中継ノードとしてのUAVの飛行モデルの提案と評価
人型ロボットの模倣学習における普遍的状態空間の構築
2022年度
QUICを用いたファイル転送プロトコルの実装と評価
IPFSを用いたHTTP通信でのキャッシング手法の実装と評価
遺伝的アルゴリズムによるオセロでのN-Tuple Networkの探索
BlazePoseを用いたテニス選手の打球推定
ECサイトにおける購買傾向が変化する時点の検知と予測
OpenPoseを用いたキャラクターの骨格検知の改善
大貧民におけるプレイヤの強化に向けたカードと手役推定の作成と評価
多品種流問題によるネットワークフローの改善
NSGA-IIによる多目的避難経路の構築と評価
QUICを用いたSMTPの実装と評価
VANETにおけるSHBFTを用いたブロックチェーンベースの信頼度管理
2025年度
3D Gaussian Splattingを活用したUAV画像の地理位置推定と衛星画像へのマッピング
既存道路ネットワーク抽出モデルの立体交差誤認に対する接続整合化手法の実装と評価
Ground Stationへのデータ送信を重視したFANETルーティングプロトコルの提案と評価
分散型かな漢字変換システムにおけるLLM変換器の複数併用
未知環境における網羅的探索能力と目的到達性能を兼ね備えた適応的エージェントの作成
N-gram化したシステムコールログによるランサムウェア分類器の実装と評価
Multipath QUIC を用いた Fat-tree topology におけるリンク負荷の偏りへの影響評価
FANETにおけるバッテリー制約化のUAVモビリティと拡張PRoPHETの協調設計
LLM間のSAE特徴表現についての解析
2024年度
資源制限環境における強化学習の効率化
UAVのアドホック通信におけるIPFSを用いたデータ分散手法の提案
Transformerを用いたガイスターエージェントの構築
地域別コンテンツ需要に適応した情報指向アドホックネットワークにおけるキャッシング手法
BOCDを活用した効果的な時系列解析の提案
大貧民における手札推定モデルの実装と評価
無線メッシュネットワークにおける最大流問題を用いたルーティングの実装
マルチエージェント強化学習を用いたUAVによる持続可能な空中通信ネットワークの構築と評価
VANETにおける適応型マルチホップルーティングの提案
2023年度
マルチキャスト暗号による鍵交換の実現
Transformerを用いた麻雀における山牌予測
Multipath-QUICを用いたServer Migrationの実現
記号画像生成モデルを利用したAnnotation-freeな記号検知
BERTを用いた感情分類による悪口発言に対する抽出システムの構築
2022年度
SRv6における重複処理削減手法の実装と評価
MultipartiteRankによるキーワードフィルタを適用したQ&Aデータに基づく質問回答システムの実装と評価
LIMEを用いた敵対的攻撃の実装とロバスト性向上の評価
検証可能なランダムNFT作成システムの実装
暗号文サイズの小さい分散型属性ベース暗号
コーディング段階における開発コストを削減したSQLインジェクション防止システムの実装
微小ネットワークへの蒸留による動的NeRFのレンダリング高速化の実装
人気度評価とノード中心性に基づく情報指向アドホックネットワークのキャッシング手法の実装
感情表現を利用したフェイクニュース検知システムにおけるコンセプトドリフトによる精度劣化の評価
分散表現を用いたアセンブリコードの分類
アイテムの特徴情報を融合させた協調フィルタリングの実装
上記の卒論修論をざっとまとめると以下のようなキーワードになります.
情報通信ネットワーク
QUIC, HTTP/3, NDN, FANET, VANET, DTN, SRv6, Multipath QUIC
AI・機械学習
LLM, Transformer, XGBoost, 強化学習, SAE
画像・CV
3DGS, UAV画像, OpenPose, BlazePose, セグメンテーション
自然言語処理
皮肉検出, 悪口分類, QA, 感情分析, 創発言語
ゲームAI
将棋, 麻雀, 人狼, ガイスター, オセロ, 大貧民
データサイエンス
POS, EC, 書籍需要予測, コンペ系
スポーツAI
野球, サッカー, テニス, バスケットボール
セキュリティ
ランサムウェア, NFT, 属性暗号, SQL Injection
ロボティクス
UAV, 模倣学習, 群エージェント
研究分野は多岐にわたりますが,共通しているのは,情報を扱い,コンピュータ科学によって課題を解決するシステムを設計・実装・評価することです.
毎年,新しいテーマが毎年生まれる一方で,継続的に発展している研究テーマも数多くあります.
以下のように,コンピュータ科学における複数分野を融合した研究が多いことも,当研究室の特徴の一つです.
通信 × UAV
UAV × 画像処理
スポーツ × 機械学習
スポーツ × 画像処理
OS × ネットワークセキュリティ
FANET × 強化学習(自律型AI)
ある分野では当たり前の考え方が,他の分野では新しい発想につながることがあります.そんな分野と分野をつなぐ視点から生まれる研究は,我々はとても面白いと感じています.
新しい研究テーマの多くは,学生の興味やこんなことをやってみたいという発想から始まります.
その挑戦が,研究室に新しい研究分野や共同研究をもたらすことも少なくありません.研究室もまた,学生とともに成長し続けています.