教員紹介：村瀬 勉 (むらせ つとむ) Tutomu MURASE

研究内容

私は、スマート社会実現のための安全安心快適ネットワークの構築技術を研究しています。安全安心はもとより、快適なコミュニケーションのために必要になる、「過度な負荷がネットワークにかからないようにする輻輳制御技術」、「攻撃に対してプロアクティブに対処するセキュア通信技術」の研究開発を進めています。これらの技術を研究していくために、待ち行列理論、統計理論、ゲーム理論といったオペレーションズリサーチ系の理論や情報ネットワーク理論やプロトコル技術を用います。研究成果は、IEEEや電子情報通信学会などの学会で発表します。企業や他の大学などとも共同研究をしています。

所属・連絡先など

情報基盤センター 情報基盤ネットワーク研究部門 教授

Information Technology Center, Nagoya University

兼務： 情報学研究科 情報システム学専攻 教授

Graduate School of Informatics

居室：情報基盤センター520

メール： tomあっとitc.nagoya-u.ac.jp

ホームページ：https://www.mcn.itc.nagoya-u.ac.jp/index.html

詳細な研究説明

研究内容：
　本研究室では、スマート社会実現のための安全安心ネットワークの構築技術 を研究しています。安全安心なコミュニケーションのためには、次の要素が重要になります。プライバシーや個人情報など秘密情報の制御管理、快適な通信を行うための輻輳制御、常時ブロードバンド接続を可能とするネットワーク構成法および制御法。これらを実現するために、具体的に次のような研究を行っています。

【1： オーバレイネットワークを用いた品質制御】ネットワークは、できるだけ汎用のアプリケーションに適するように作るべきですが、一方で、アプリケーションの品質要求はアプリケーションごとに大きく異なります。 たとえば、ライブ映像配信では、遅延が重要な品質要求です。一方、ファイル転送では、スループットが重要な品質要求です。しかしながら、物理的なネットワークを、個々のアプリケーションごとに最適に構築することは (コスト面で)困難です。そのため、たとえると、最大公約数的なネットワークおよびネットワーク制御を導入せざるを得ません。 現在のインターネットは、KISS (Keep It Simple and Stupid) の原理に基づき、 前述の最大公約数的なネットワークを構成しています。 そのため、個々のアプリケーションを最大限活用するために、このインターネットを用いて、オーバレイネットワークを作ることが重要になります。本研究室では、オーバレイネットワークを用いて、様々なQoS要求に応えるオーバレイネットワーク制御技術を開発しています。これにより、たとえば、東京～大阪間では、最大でも20Mbps 程度のスループットしか出せなかった TCP 通信を100Mbps 以上に改善することができました。

【2： 無線LAN の品質制御】身近で使う無線LANは、簡単に使える一方で、うまくチューニングしないと、快適な通信ができないという特徴があります。 特に近年、モバイルルータを持ち歩く人やテザリングを用いる人が多くなりました。その結果、無線LAN システム (アクセスポイント AP と端末)が移動し、時には多くの無線LANが1 カ所に集中し、電波リソースを共有するということが起こっています。ところが、従来固定で使われることを前提として定められた標準仕様では、このような「多数の近接した無線LANシステム」における通信品質の低下を防ぐことができません。本研究室では、このような状況でどのような品質特性が得られるかを、シミュレーションおよび実機を用いて評価し、その特性を明らかにして、好ましい無線LAN 利用法を提唱しています。 (NEC および千葉大学、早稲田大学、広島市立大学、お茶の水女子大学、Rutgers大学との共同研究)

　ネットワークの利便性を高める方法として、 端末間通信を用いるインフラレス通信方法があります。従来よりモバイルアドホックネットワーク(MANET)や車車間のMANET であるVANET などの技術があり、ルーティングなどの研究が進んでいました。本研究室では、端末間通信に具体的に無線LANやLTE技術を用いたときに、発生するキャプチャエフェクトやPerformance Anomaly といった様々な現象を考慮して、端末間通信の通信品質を評価しています。さらに、高速に移動する車車間通信や、端末密度のダイナミックレンジが広い歩車間通信など、これまでの端末間通信とは大きく異なる端末特性を持つシステムの解析により、M2MやIoT といったモノのインターネットにおける基礎的な通信品質の評価も行っています。 (Alpine Electronics Research of America, Inc. および東京工業大学との共同研究 )

【3： ディペンダブルネットワーク】ネットワークがライフライン化した今日、ネットワーク無しでは成り立たないシステムが多く存在します。そのような状況では、ネットワークを攻撃されると、非常に困ったことになりますが、そのような攻撃は現実的に数多く存在し、ネットワークの安全安心の脅威になっています。たとえば、広域サービス不能攻撃(DDoS アタック) という攻撃では、非常に多くの送信端末が1 つの受信端末にデータを送ることで、受信端末あるいは受信端末の通信回線をマヒさせることを試みます。これは、攻撃元の検出が技術的に難しいだけではなく、攻撃を止めることも非常に難しいという問題があります。本研究室では、検出を多段階に行うことで、これを解決する手法を考えており、検出にインバリアント解析を用いることで、検出精度を大きく向上させることができました。
 　一方、攻撃ではなくても、ネットワークに非常に大きい負荷を与えることで実質攻撃と同じようなことを引き起こすことも考えられます。たとえば、仮想計算機(VM) が、データセンター間を移動する(migration) する場合には、数百メガ～数十ギガバイトのデータ量を転送することになり、ネットワークに非常に大きな負荷がかかります。しかしながら、シンクライアントやネットワーク対戦ゲームなどのように、そういった機能を用いるユーザの場所にVMが移動することで、それらのユーザの通信品質は飛躍的に高まります。 従って、できるだけネットワークに負荷をかけないようなVMの移動方法が臨まれます。本研究室では、ネットワークへの負荷とVM 移動の利便性を両立させるような、 VM の最適移動制御について研究しています。(NEC および岡山大学と共同研究)

【4： ユーザ移動制御】従来のネットワーク制御技術において、制御方式が成熟し、大きな改善が望めなくなってきました。そこで、これまで制御対象ではなかったユーザも制御対象にする研究を行っています。これは制御できるパラメータ次元を増やすことであり、あらたな次元のパレート最適ネットワークを構成することでもあります。具体的な制御としては、A地点からB 地点に移動するときに、最短距離ではなく、通信での満足度も含めた最適経路を用いて移動するという制御(Longcut route mobility) があります。たとえば、ハンドオーバにより無線LANが継続的に通信可能な経路で移動することになります。 さらに、欲しいコンテンツをあらかじめ経路上に先読みして(proactive fetch)配備することで、非常に効率的に通信を行うことが可能になります。また、別の制御として、APにユーザが近づく、あるいはテザリングやポータブルAP を持つユーザが他のユーザに近づくといった制御が考えられます。実際には、あえて移動することに使われるエネルギー・時間などのコストと通信品質の向上のトレードオフを考慮して、最適にユーザを誘導します。( 東京工業大学、京都大学、朝日大学、早稲田大学、福井大学、マイアミ大学との共同研究)


Current Research：
Research areas of our laboratory include architecture and control for high reliable and high quality (called high performance) networks for smart society. High performance networks should have the following functions; control and management of personal/enterprise data security for privacy and copyright, congestion control of network traffic for high communication quality such as throughput, delay and loss, and network design, provisioning and control to always provide mobile users anywhere with broadband access or large bandwidth. In order to achieve such high performance networks, our laboratory is doing several research projects such as;

[1] Overlay networks for quality control
Network should be built to accommodate many/major applications which have different individual quality of service (QoS) requirements. For example, live video broadcasting requires shorter delay, and file transfer generally requires high throughput. Ideally, each application uses each specific network, although network cost for constructing and maintaining becomes high. Thus, it is reasonable that undelay networks have common functions such as routing for packet delivery, then overlay networks have application specific functions such as QoS control. Currently the Internet is made as “KISS (Keep It Simple and Stupid)”. Overlay networks are promising solutions to achieve application specific networks.
In this project, proposed functions for QoS improvements is implemented on an overlay network (called session overlay network) and exchange traffic in overlay relay manner according to individual application requirements. Since the functions eventually terminate TCP sessions, they can also become an enforced performance proxy for TCP. This results in TCP performance improvement, for example from 20 Mbps to 100 Mbps in throughput between Tokyo and Osaka.

[2] Performance measurement, analysis and control for wireless LAN
Wireless LAN is getting popular in public and private. Since frequency band of ISM that IEEE802.11 wireless LAN can uses is an unlicensed one and mobile wireless LAN is increasing, there happens to have many wireless LANs in a small area. The mobile wireless LANs include tethering smartphones/tablets and portable APs. Wireless LANs that are highly densely deployed can cause QoS performance degradation because they interfere each other and CSMA/CA does not work well. The situation “highly densely deployed” was not significantly thought when specification of wireless LAN was developed in a standard body. So, it is required to make it clear how much the performance is degraded and how the performance can be improved. This project challenges to reveal characteristics of QoS and to develop control for performance improvement. 
Another challenge is to evaluate and develop infrastructure-less communication such as DTN, M2M, D2D and IoT.

[3] Dependable network system
Almost all systems are designed with using network function since broadband access for the Internet is becoming popular. The infrastructure of the Internet can be said to be a lifeline of today’s smart society. The infrastructure has vulnerability and is threatened by attacks using malicious and unmalicious traffic such as distributed denial of service (DDoS) attack. Unfortunately, this attack is very popular in these days and can very effectively degrade QoS in many commercial sites and servers. For example a lot of TCP connection set up requests from many clients may cause overload in TCP connection set up processing in CPUs of the corresponding server. Because a fake IP address is usually used, it is difficult to back trace the attackers. Because the clients may be distributed in a variety of sub-networks and each client emits a small amount of traffic to the victim server, then it is also very difficult to detect the attacks in a client side. This project proposes a hierarchical detection system which detects a small amount of traffic for the attacks in a client side. The idea of the system is invariants analysis and majority decision. The proposed system well worked even in a two level hierarchy and drastically improved detection performance.
Another concern for the network to be threatened is an elephant traffic. Although the traffic does not intend to be threaten the network, the network would have to regulate the traffic in order to operate network with providing a specific QoS with the other users. Server migration is one of such applications. Several Giga-bit data can be transferred in the network in a server migration. The migration can occur in a worldwide because the Internet has borderless nature. For example a user temporally moves from A to B. From the point of QoS, it is better for his/her servers to move to the nearest data center to B. For a network game such as car rally, it is better for the server to move to the convenient location such as at the middle of the game users. Problems are tradeoff between the application users and other users when the servers migrate through the networks. The migration cause massive impact to the network and may degrade the other users’ QoS. The project also involves to develop solutions to the server migration problems. The proposed migration system gives maximum migration convenience within specified network impact.

[4] User cooperative mobility
So far, so many network control mechanisms have been proposed and developed. There can be less room to drastically improve network performance. It is time to change a paradigm for network control. In a new paradigm, users are not only benefiter but also a part of control mechanism. In other words, users can pay less for a network with participating a control mechanism. This is an extension of a level in a Pareto optimal system. We call it Pareto optimal network. In this project, user cooperative mobility is proposed. It can be a solution of one of such Pareto optimal network.
One of user cooperative mobility is longcut route selection. In the route selection, a user choose not short cut from A to B but longcut according to the user’s utility function. Considering higher speed wireless LAN access points, user wants to go through the access points even if they are not located on the shortest path. Another user may select a different path because the user wants to have continuous network access with more than a specific speed. Another user cares battery consumption other than network speed or continuity. Another user is interested in video streaming such as YouTube. The user want to download as possible in an access point before the user leaves. Proactive contents delivery helps such users to download as possible in an access point by shortening data retrieve time.
Another user cooperative mobility is distance control in wireless LAN systems. Wireless LAN is very sensitive with a distance from sending terminal to receiving terminal. If wireless LAN users (or terminals) can move closer to the corresponding users (or terminals or access points), QoS is improved without any control mechanism. Since wireless LAN provides almost even throughput with all users shared a channel, both a user which participates the user cooperative control and other users can obtain more throughput. This holds true in a mobile wireless LAN system which is consists of tethering devices or portable APs and portable terminals such as smartphones, tables and laptop PCs. This project reveals relations between cost for moving and gain for QoS, and develop n to improve QoS or user utility.


共同研究者：Dipankar Raychudhri(Rutgers Univ.), Dilip Sarkar(Univ. of Miami)、Hiro Onishi((i)    ALPINE ELECTRONICS RESEARCH OF AMERICA, INC.) 、塩田 茂雄 (千葉大), 小室信喜 ( 千葉大), 関屋大雄(千葉大), 阪田史郎 ( 千葉大) 、 小口正人(お茶の水女子大)、 三好一徳(NEC エンジニアリング)、本吉彦(NEC)、 山垣則夫(NEC)、 矢守恭子(朝日大)、 甲藤二郎 ( 早稲田大) 、 金井謙治(早稲田大)、 笹島和幸(東工大)、 嶋田創( 名古屋大) 、 山口由紀子(名古屋大)、 橘拓至(福井大)、 新熊亮一( 京大) 、西尾理志(京大)、 村田正幸(阪大)、 長谷川剛 ( 阪大) 、 太田能(神戸大)、 横平徳美(岡山大)、 福島行信( 岡山大) 、 石田賢治(広島市立大)、 小畑博康(広島市立大)、


経 歴：

年	月
1984	3	大阪大学　基礎工学部情報工学科卒業
1986	3	大阪大学　 基礎工学研究科情報工学専攻　博士前期課程修了
1986	4	NEC　入社　中央研究所 Ｃ＆Ｃ 研究所　 所 属
1992	7	NEC　 中央研究所　 主 任
1999	7	NEC　Ｃ＆Ｃ メディア研究所　主任研究員
2004	3	大阪大学大学院　 情報科学研究科　 博士後期課程 修 了　 博 士号(情報科学)取得
2012~ 2015	4	東京工業大学大学院　 情報理工学研究科情報環境学専攻(機械系) 客員教授　大学院での講義および大学院学生の研究　 主指導教官
2015~ 現在	4	名古屋大学　情報基盤センター　教授　情報学研究科　教授兼任

  　(Professional Experience) 
        April 2015 – Present: Professor
          Graduate School of Information Science, Nagoya University
        April 2012 – March 2015: Visiting Professor
          Graduate School of Information Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology
        September 2012 – March 2013: Adjunct Professor
          Ochanomizu University
        September 2010 – March 2011: Adjunct Professor
          Ochanomizu University
        April 2007 – September 2014: Adjunct Professor
          Osaka University
        April 2004 – September 2004: Adjunct Professor
          Osaka University
        July 1999 – March 2015: Principal Researcher
          NEC Corporation
        July 1992 – June 1999: Assistant Manager
          NEC Corporation
        April 1986 – June 1992: Researcher
         NEC Corporation

    (Education)
        March 2004: Dr. Information Science, Osaka University
        March 1986: M. Eng. in Information and Computer Sciences, Osaka University
        March 1984: B. Eng. in Information and Computer Sciences, Osaka University


Academic activity：電子情報通信学会フェロー、IEEE 正 員
   Fellow, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (IEICE),
   Member, The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)


主要論文・著書：

(i) 　Tutomu Murase,
        “Burstserver Architecture for ATM Wide Area Networks,”
        IEEE Grobal Communications Conf (GLOBECOM)1994 , Vol. 2 of 3, pp. 1231-1237, 1994.

本論文は、1994年 当時にはまだ概念すらなかった「オーバレイネットワーク」をATM網 の上に構築するというアイデアを示し、性能評価で有効性を示した論文である。従来は、網内ではパケットの遅延をいかに小さくするかというミクロな観点で、ネットワークの品質制御を行っていたが、本提案では、データファイル(バーストデータ)というマクロな単位で、通信性能を考慮した場合には、このバーストデータ単位にてストアアンドフォワード方式で網内転送したほうが効率的であることに着眼した。 このストアアンドフォワードを既存のATM方式は変更せず、ATM網上にて、 Burstserver 呼ぶサービスノードでオーバレイネットワークを構築することで、実現することを提案している。

(ii)　Tutomu Murase, Hideyuki Shimonishi, Masayuki Murata,
        “Overlay Network Technologies for QOS Control,”
        IEICE Transaction on Communications,, Vol. E89-B No.9 pp.2280-2291, 2006.

オーバレイネットワークを用いたQoS制御方式について述べた招待論文である。 オーバレイネットワーク技術を用いたQoS制御のフレームワークを述べると共に、国内外の最新研究をサーベイし、さらに、著者らが提案しているセッションオーバレイネットワークについて述べている。これまで、QoS制御のフレームワークを体系だって述べた文献がほとんど無い中で、本論文では、低位レイヤから高位レイヤまで考慮した中継オーバレイノードの役割などについても論じており、QoS研究者のみならず、オーバレイ技術者に大いに役立ったものと思われる。本論文は、ソフトウエア試作により効果を検証しており、これによるビジネス製品化につながった。
(電子情報通信学会通信ソサエティの英文論文誌Best Tutorial Paper Awardを受賞　2007年9月)

(iii)  Tutomu Murase, Kosuke Uchiyama, Yumi Hirano, Shigeo Shioda, Shiro Sakata,
        “MAC-Frame Receiving-Opportunity Control for Flow QoS in Wireless LANs,”
        IEICE Transaction on Communications, Vol. E92-B No. 1, pp.102-113, 2009.

本論文では、無線LANでの通信品質制御について議論している。無線LANの標準方式であるCSMA/CAは自律分散処理制御であるため、uplink側 つまり端末からの送信トラヒックを制御する目的のためには、従来の品質制御においてでは、ユーザ端末を改造するあるいは802.11eのような優先制御パラメータを適応的に制御する優先制御の提案がほとんどであった。これに対して、本論文では、基地局(アクセスポイント)のMACフレームの送達確認(MACフレームのACK)を操作することのみで、端末には改造を加える必要無しに、端末のuplinkの通信を優先制御する方法(ROC：Receiving-Opportunity Control)を提案し、その有効性を評価している。さらに、このROC機 能を持つ機材をアクセスポイントの側に設置するだけで、基地局さえも無改造で同様の制御を実現できることも示した。 本論文は、基本アイデアと基本性能を示しており、その後の論文(論文誌論文3件、国際会議9件など)で、詳細な性能評価や試作機を用いた実機評価など、実用性検証も行っている。

(iv)    村瀬勉, 新熊亮一, 長谷川剛, 矢守恭子, 小口正人, 太田能,Dilip Sarkar, Dipankar Raychaudhuri,
        ” パレート最適ネットワー ク制御技術の実現にむけて～無線・有線コグニティブ環境における ユーザ を主体としたネットワーク制御～,”
        電子情報通信学会CQ研究会/MoMuC 研究会,  Sep. 2011.

本論文では、パレート最適という経済学で良く使われる理論を無線通信に適応した場合に、その最適化を拡張するには、ユーザをも制御対象にすべきであることを提案している。無線通信では、ユーザと無線基地局の位置関係で通信品質が異なり、また周波数リソースの利用効率も大きくことなる。そこで、ユーザ自身の通信品質を改善するために、ユーザに移動を勧める。ただし、移動にはそれなりのコストがかかる。移動意思額(Willingness to Move)という概念でコストと品質改善のトレードオフを調査し、またインセンティブメカニズムについてのアイデアも盛り込んでいる。本研究は、1企業、7大学のコラボレーションで行われた。

  Major Papers：
(v)    Tutomu Murase, “Burstserver Architecture for ATM Wide Area Networks, ”
        IEEE Grobal Communications Conf (GLOBECOM)1994 , Vol. 2 of 3, pp. 1231-1237, 1994.

(vi)  Tutomu Murase, Hideyuki Shimonishi, Masayuki Murata,
        “Overlay Network Technologies for QOS Control,”
        IEICE Transaction on Communications,, Vol. E89-B No.9 pp.2280-2291, 2006.

(vii) Tutomu Murase, Kosuke Uchiyama, Yumi Hirano, Shigeo Shioda, Shiro Sakata,
        “MAC-Frame Receiving-Opportunity Control for Flow QoS in Wireless LANs,”
        IEICE Transaction on Communications, Vol. E92-B No. 1, pp.102-113, 2009.