慶太（Keita Matsuo）

学位被授与者氏名

松尾

学位の名称

博士（工学）

学位番号

博（一）第２２号

学位授与年月日

平成２２年３月２０日

論文題目

JXTA による協調と分散コンピューティングのための P2P プラットフォームの実装と評価

論文題目（英訳または和訳）

Implementation and Evaluation of a JXTA-Based P2P Platform for Collaboration
and Distributed Computing
論文審査委員会
委員主査 ：福岡工業大学大学院知能情報システム工学専攻教授 ﾊﾞﾛﾘﾚｵﾅﾙﾄﾞ
同審査委員：福岡工業大学大学院知能情報システム工学専攻教授 松永利明
同審査委員：福岡工業大学大学院知能情報システム工学専攻教授 内田一徳
同審査委員：福岡工業大学大学院物質生産システム工学専攻教授 溝田武人

論文審査委員

論文審査機関福岡工業大学大学院工学研究科

論文内容の要旨（和文）

本論文は，誰もが「いつでも，どこでも」学習できる環境を提供する遠隔教育を発展させるために行った研究について述べたものである．近年の遠隔教育では，教育コンテンツをオンライン化して多くのユーザを対象にWebで教育を提供できるe-learningが増加している．このような進展により学習者はいつでもどこでも質の高いコンテンツで教育を受けることができるようになった．しかし，学習者がe-learningを活用して学習コースを最後までやり遂げることは集中力や意欲が持続しないため難しい状況にある．学習コースを達成するためにはユーザの学習に対する集中力や意欲の持続が必要である．本
研究では，WebやセンサとP2P技術を融合しJXTAに基づいたP2Pe-learningシステムを開発した．さらに，e-learning学習者の状態を人感センサで常時モニタリングし，状況に合わせてP2Pシステムによりインターネットからローカルエリアネットワーク内の学習者に対して集中力を継続するための刺激（光，匂い，音など）を与える環境を提供できるシステムを実装した．また，学習者が集中力を低下させている状態を「体の動き」から判断できたとともに，学習者の集中力低下のレベルに応じた刺激を与える実験を行った．その結果，学習者の集中力を維持できることがわかった．
これまでの研究では，Web 技術をベースとした e-learning システムの研究が主流であった．本研究は，従来の Web 技術に P2P 技術やセンサ技術を融合することで新たなシステムの提案を行っている．特に，e-learning と P2P に関する研究において以下のような独創的な実装や評価を行った．
・e-learning システムのための新しい刺激機能の提案と実装
・JXTA 技術に基づいた新しい P2P プラットフォームの実装と評価
・e-learning のための新しいセンシング技術の実装
・P2P 技術，Web 技術，センサ技術による P2P e-learning システムの実装と評価
・Smart 環境の実装と評価
・P2P システムのための新しいセキュリティシステムの実装と評価
・実環境での提案システムの評価
本論文は次のように構成されている。第１章では，本研究の背景と研究目的について述べている．第２章では，e-learning の現状や問題点について述べるとともに，既存のシステムについて紹介している．第３章では，P2P の定義やこれまでのP2P 通信について記述している．また，現在までのP2P の主な使われ方について説明している．第４章
では，JXTA をベースに我々が開発したJXTA-Overlay について詳述するとともに，そのアーキテクチャについて説明している．第５章では，センサ技術の基礎的知識と今回使用した赤外線センサの詳細について述べている．第６章では，e-learning の達成率を向上させるWeb Based Training 機能と実装について述べている．第７章では，JXTA-Over
lay P2P システムによるe-learning学習者の学習意欲を持続するためのシステムの実装について述べている．第８章では，提案システムの実験と評価を行った結果について説明している．第９章では，セキュリティを考慮したJXTA-Overlay システムによるP2P通信について述べている．第１０章では，本稿の結論と今後の課題について述べている．

論文内容の要旨

In this research, we develop an e-learning system, which can support the users to（英文）study anywhere and anytime. Recently, a lot of e-learning system are implementedand used in real web environments. By using these e-learning systems, the learners
can access the on-line contents if they have Internet access. However, in the previous
e-learning systems, the learner’s concentration and motivation is low. In order toimprove the learners’ concentration during the study, in this work, we implement a
P2P e-learning system that combine web, sensor and P2P technologies. The
implemented system uses the web based training function to support the learners
during the study and also to communicate with other learners and teachers.
Moreover, our goal is to monitor and control the student’s activity in e-learning
environment and to stimulate and increase learner’s motivation. The proposedsystem is able to get the learner’s study situation by using body sensors and thentake the appropriate actions. In order to evaluate the effects of our system onlearner’s stimulation, we carried out many experiments and showed that proposedsystem has a good behavior.
During the last few years enormous research efforts have been dedicated to the development of
e-learning systems and many large projects have been established. However, different forprevious works, in this study we proposed a new system that combines e-learning, Web, P2P andsensor technologies.
The contribution of our research work is as follows.
1. We proposed and implemented new stimulation function for e-learning.
2. Implementation and evaluation of a new P2P platform based on JXTA technology.
3. Implementation of new sensing functions for e-learning.
4. Implementation and evaluation of P2P e-learning system which combine e-learning, P2P,
Web, and sensor technologies.
5. Implementation and evaluation of Smart environment (SmartBox).
6. Implementation and evaluation of new security function for P2P e-learning system.
7. Evaluation of proposed system in the real environment.
The thesis structure is as follows. In the first Chapter is described thebackground and purpose of this study. In Chapter 2 is presented the current stateand problems of e-learning systems and the introduction of existing e-learning
systems. In Chapter 3 are described P2P systems. Chapter 4 introduces theJXTA-Overlay, which serves as a base for implementation of our proposed system. We
also explain the architecture of JXTA-Overlay. In Chapter 5 are explained sensor
technologies and especially the infrared sensors. In Chapter 6 are described thedesign and implementation of the proposed web based training functions fore-learning. In Chapter 7 is presented the implementation and design of
JXTA-Overlay P2P e-learning system in order to increase the study motivation. InChapter 8 are discussed the experimental results. In Chapter 9 are introduced thesecurity problems of JXTA-Overlay and the implementation of some security
functions. In Chapter 10 present the conclusions of our research and the futurework.

論文審査結果

博士後期課程知能情報システム工学専攻３年の「松尾 慶太」氏が提出した学位論文を審査し，また最終試験を行ったのでその結果について報告する．
＜学位論文審査の結果＞
この論文では，P2P技術，遠隔教育（e-Learning）技術，センサ技術を組み合わせることにより新しいＰ２Ｐ遠隔教育システムを提案した．提案システムによって，学習者は学習コンテンツや学習に必要な情報の共有と検索が可能となった．また学習者の状態をセンシングすることにより，集中力の低下の度合いに応じて適切な刺激を学習者に与えることができるので，集中力を維持することも可能となった．この発想と実装による実用化は，他の研究者による類似の報告はなく，その研究内容は学位論文として十分な価値があると認められる．

本論文の構成は次のようになっている．第１ 章では，本研究の背景と研究目的が述べられている．第２章は，e-Learning の現状と問題点について述べ，既存のシステムについて紹介している．第３章は，P2P の定義やこれまでのP2P 通信について記述し，現在までのP2Pシステムについて説明を加えている．第４章は，JXTA をベースに開発した
JXTA-Overlay について詳述するとともに，そのアーキテクチャについて述べている．第５章は，センサ技術の基礎的知識と今回使用した赤外線センサについて述べている．第６章は，e-Learning の達成率を向上させる Web Based Training 機能とその実装について述べている．第７章は，JXTA- Overlay P2P システムによる e-Learning 学習者の学
習意欲を持続するためのシステムの実装について述べている．第８章は，提案システムの実験およびその評価の結果について説明している．第９章は，セキュリティを考慮した JXTA-Over lay システムによる P2P 通信について述べている.第10 章は結論と今後の課題である．
P2P ネットワークは，従来の C/S 型のネットワークと異なり，新しいネットワーク・トポロジーを提供し，また e-Learning も新しい学習スタイルを生み出しているが，これらP2P と e-Learning にセンサ技術を融合させることによって，新たな P2P の利用方法とe-Learning の学習法を提案して，実験結果も出したことは独創的な研究内容であると評価できる．また本論文の成果として，学術論文は第１著者３編，国際会議は第１著者６編となっている．国際会議 MoMM-2008 では，Best Application Paper 賞を受賞しており，本研究の内容が世界的にも認められていると判断できる．
以上の理由により，審査委員会は提出論文が学位論文の内容として適合すると判定した．
学位論文公聴会においては，論文内容に関連する種々の工学的および技術的な質問があったが，いずれも適切な回答を行うことができた．また公聴会後の最終試験においては，学位論文に関連する分野の学識を有し，今後研究を進めていくための研究能力を備えていることが判明した．
以上の結果から，学位審査委員会はこの論文が博士（工学）の学位に適格であると判定した．
主な研究業績

参考論文 16編１冊 （第一著者：11編１冊）（学術論文：第一著者）
1. K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, A. Koyama, A. Durresi, “Implementation of aJXTA-based P2P e-Learning System and Its Performance Evaluation”,
International Journal of Web Information Systems, Vol. 4, No. 3, pp. 352-371,
2008.
2. K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, A. Koyama, A. Durresi, “New Functions for
Stimulating Learners Motivation in a Web-Based E-learning System”, Journalof Distance Education Technologies (JDET), Vol. 6, No. 4, pp. 36-49, 2008.
3. K. Matsuo, L. Barolli, “Implementation and Evaluation of a SmartBox for
E-Learning Using JXTA-Overlay P2P System”, accepted, Journal of Network
service that achieves cyber communications environment (IPSJ), Vol. 51, No. 2,2010.
（国際会議：第一著者）
4. K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, A. Koyama, A. Durresi, and M. Takizawa,“Implementation and Design of New Functions for a Web-Based E-learning
System to Stimulate Learners Motivation”, Proc. of CESA-2008 Workshop,Barcelona, Spain, pp. 513-518, March 2008.
5. K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, A. Koyama, A. Durresi, M. Takizawa, “Designand Implementation of a JXTA-Overlay P2P System and Smart Box”, Proc. ofFINA-2008, Okinawa, Japan, pp. 407-412, March 2008.
6.

K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, A. Koyama, A. Durresi, “Implementation of New
Functions For Improving Learners Motivation in a Web-Based E- Learning System” Proc.
of iiWAS-2008, Linz, Austria, pp. 359-366, November 2008.

7.

K. Matsuo, L. Barolli, V. Kolici, F. Xhafa, A. Koyama, A. Durresi, “Stimulation Effects ofSmartBox for E-Learning Using JXTA-Overlay P2P System” Proc. of CISIS-2009,Fukuoka, Japan, pp. 231-238, March 2009.

8.

K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, V. Kolici, A. Koyama, A. Durresi and R. Miho,“Implementation of an E-Learning System Using P2P, Web and Sensor Technologies”
Proc. of IEEE AINA 2009, Bradford United Kingdom, pp. 800-807, May 2009.

9.

K. Matsuo, L. Barolli, J. A. Moreno, F. Xhafa, A. Koyama and
A. Durresi,“Experimental Results and Evaluation of SmartBox Stimulation Device in a P2P
E-learning System”, Proc. of NBiS-2009, Indianapolis, USA, pp. 37-44, August 2009.

（研究会技術報告：第一著者）
10. 松尾 慶太，バロリ レオナルド, JXTA Overlay P2P システムの設計と実装, 情報処理 DPS 研究会(IPSJ SIG-DPS), 第 132 回マルチメディア通信と分散処理研究会(DPS), Vol. 2007, No. 91, pp. 49-54, September 2007.
11. 松尾 慶太, コリッチ ブラディ, バロリ レオナルド, ジャファ ファトス, 小山明夫, ドゥルシ アルヤン, “JXTA ベース P2P E-Learning システムのためのSmartBox の実装と評価”, 情報処理学会マルチメディア通信と分散処理研究会,
第 16 回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPS), DPSWS2008 Vol.
2008, No. 14, pp. 1-6, December 2008.
参考論文（学術論文）
12. V. Kolici, K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, A. Durresi, R. Miho, “Application of aJXTA-Overlay P2P System for End-Device Control and e-Learning”, accepted,
Multimedia Tools and Applications, Springer, Vol. 46, No. 5, 2010.
（国際会議）
13. V. Kolici, K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, A. Durresi, R. Miho, “A P2P System Based on
JXTA-Overlay and Its Application for End-Device Control”, Proc. of MoMM-2008
Workshop, Linz, Austria, pp. 364-369, November 2008.
14. J. A. Moreno, K. Matsuo, L. Barolli and F. Xhafa, “A Security Framework for
JXTA-Overlay”, Proc. of NBiS-2009, Indianapolis, USA, pp. 212-219, August 2009.
15. J. A. Moreno, K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, “A Security-aware Approach toJXTA-Overlay Primitives”, Proc. of ICPP-2009 Workshops, ADPNA-2009
Workshop, Vienna, Austria, pp. 431-436, September 2009.
16. J. A. Moreno, K. Matsuo, L. Barolli, F. Xhafa, “Securing a Java P2P framework:
The JXTA-Overlay Case”, accepted, to appear in Proc. of iiWAS-2009, Kuala
Lumpur, Malaysia, December 2009.