hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セルオートマトン法による混雑現象のシミュレーション

1.平成15年には,TCP/IP通信技術を利用して駐車場とその周辺の交通流とを相互に依存させたシミュレーターを開発した.これは日本OR学会平成17年度中部支部研究発表会で公表されている.平成16年には,道路の新設・廃線などによる交通流の変化を見るために道路の追加削除機能を持たせ,また直交道路網だけでなく斜め道路も組み込んだ.これらはまだ試作段階であり,さらに検討を加えた上で公表する予定である.さらに,より大規模な道路網を扱えるようにするために複数のCPUを通信させた交通流の再現を目指す.2.名古屋に実在する私鉄の名古屋駅構内の群衆流動のシミュレーターをセルオートマトン法によって作成した.この成果は,2005年日本オペレーションズ学会春期研究発表会で公表されている.本シュミレーターでは,駅コンコース内の歩行者流動が再現された.また,駅構内の各種施設の追加削除に伴う歩行者流動の変化を見ることが出来るようになっている.今後実測データに基づいた数値的な検討を加えた上で,論文として投稿する予定である.3.基本セル・オートマトンを離散力学系の側面から数学的に解析し,G.BragaらのC3クラスに属するセル・オートマトンが生成する時空間パターンの長さの挙動について解明した.またルール番号202,216,234,248のセル・オートマトンが生成する時空間パターンの興味深い振る舞いを見出しWolframの分類方法が不十分であることを指摘した.これらのことはFumio Ohi and Kosuke Mabuchi, Time-Space Pattern and Dynamics Determined by Elementary Cellular Automata, Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics, Vol.21(2004),pp.1-24に公表されている.さらにルール146のセルオートマトンの性質を明らかにすることを試みた.この成果は,京都大学数理解析研究所講究録1373に公表済みである.4.カオス結合系はセルオートマトンの状態空間を連続体にしたものとして考えることが出来る.これを社会現象の一つである世論形成の文脈で解釈をしたうえで分岐図をシミュレーションによって描き,通常の区間力学系では見られないものを得た.これらは,京都大学数理解析研究所講究録に公表される予定である。5.ATM高速情報通信ネットワークシステムの解析によく用いられているポーリングシステムの解析を行い,マルコフポーリングシステムに対し大偏差限界を求め,Admission Controlのアルゴリズムを与えた.この成果はジャーナルAnnals of Operation Researchに公表される予定である.1.平成15年には,TCP/IP通信技術を利用して駐車場とその周辺の交通流とを相互に依存させたシミュレーターを開発した.これは日本OR学会平成17年度中部支部研究発表会で公表されている.平成16年には,道路の新設・廃線などによる交通流の変化を見るために道路の追加削除機能を持たせ,また直交道路網だけでなく斜め道路も組み込んだ.これらはまだ試作段階であり,さらに検討を加えた上で公表する予定である.さらに,より大規模な道路網を扱えるようにするために複数のCPUを通信させた交通流の再現を目指す.2.名古屋に実在する私鉄の名古屋駅構内の群衆流動のシミュレーターをセルオートマトン法によって作成した.この成果は,2005年日本オペレーションズ学会春期研究発表会で公表されている.本シュミレーターでは,駅コンコース内の歩行者流動が再現された.また,駅構内の各種施設の追加削除に伴う歩行者流動の変化を見ることが出来るようになっている.今後実測データに基づいた数値的な検討を加えた上で,論文として投稿する予定である.3.基本セル・オートマトンを離散力学系の側面から数学的に解析し,G.BragaらのC3クラスに属するセル・オートマトンが生成する時空間パターンの長さの挙動について解明した.またルール番号202,216,234,248のセル・オートマトンが生成する時空間パターンの興味深い振る舞いを見出しWolframの分類方法が不十分であることを指摘した.これらのことはFumio Ohi and Kosuke Mabuchi, Time-Space Pattern and Dynamics Determined by Elementary Cellular Automata, Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics, Vol.21(2004),pp.1-24に公表されている.さらにルール146のセルオートマトンの性質を明らかにすることを試みた.この成果は,京都大学数理解析研究所講究録1373に公表済みである.4.カオス結合系はセルオートマトンの状態空間を連続体にしたものとして考えることが出来る.これを社会現象の一つである世論形成の文脈で解釈をしたうえで分岐図をシミュレーションによって描き,通常の区間力学系では見られないものを得た.これらは,京都大学数理解析研究所講究録に公表される予定である。5.ATM高速情報通信ネットワークシステムの解析によく用いられているポーリングシステムの解析を行い,マルコフポーリングシステムに対し大偏差限界を求め,Admission Controlのアルゴリズムを与えた.この成果はジャーナルAnnals of Operation Researchに公表される予定である.駐車場を含む道路交通網上の車の運行に関するシミュレーター作成した.

そこでは,道路網上の運行と駐車場内の運行とを分離し,これら二つの間の車の行き来をTCP/IPの通信技術を用いて実装すると共に,二次元セル・オートマトンを応用し車の速度決定において徹底したボトムアップ的なアルゴリズを用いた.これらのことによって大規模な交通流のシミュレーター作成への道を拓くことが出来た.これらに関する成果は,さらに発展させた後に論文として公表する予定であるが,現時点での成果は,日本OR学会の中部支部研究発表会において口頭発表されている.さらに,群衆の動きに関しても,二次元セル・オートマトンを用いた横断歩道上での挙動のシミュレーターを試作した.これは,将来より複雑な群衆の挙動のシミュレーター作成へと発展させると共に,道路交通網上の車の運行シミュレーターと統一させることが考えられる.一方,基本セル・オートマトンの力学系の側面からの数学的な解明も行なわれ,G.Bragaらが定義したクラスC3に属する基本セル・オートマトンが生成する時空間パターンの長さ(length of pattern)の挙動について解明した.またルール番号202,216,234,248の基本セル・オートマトンが生成する時空間パターン自体を解明し,興味深い振る舞いを見つけ出すと共にWolframの分類方法が不十分であることを指摘した.これらのことは,論文として公表されている.(1)名古屋に実在する私鉄の名古屋駅構内の群衆流動のシミュレーターをセルオートマトン法によって作成した.この成果は,2005年日本オペレーションズ学会春期研究発表会において公表済みである.本シュミレーターでは,駅コンコース内の歩行者流動が再現され,鉄道会社の技術者の人たちによって自然な流れが再現できているとの評価を受けている.また,駅構内の各種施設の追加削除に伴う歩行者流動の変化が再現できるようになっている.今後実測データに基づく数値的な検討を加えた上で,論文として投稿する予定である.(2)平成15年には,TCP/IP通信技術を利用して駐車場とその周辺の交通流とを相互に依存させたシミュレーターを開発した.これは日本OR学会平成17年度中部支部研究発表会で公表されている.平成16年度には,より大規模な道路網を扱えるようにするために複数のCPUを通信させながら交通流を再現させること,また道路の新設・廃線などによる交通流の変化を見るために道路の追加削除機能を持たせ,さらに直交道路網だけでなく斜め道路も組み込んだ.これらはまだ試作段階であり,さらに検討を加えた上で公表する予定である.(3)基本セルオートマトンの内Sierpinski Gasketを生成するものが8種類あるが,これらをSierpinskiクラスと呼び,このクラスのセルオートマトンが定める力学系の軌道の性質について調べると共にこれらのセル間の関係について明らかにした.さらに特にルール146のセルオートマトンの性質を明らかにすることを試みた.この成果は,京都大学数理解析研究所講究録1373に公表済みである.
低周波フォノン誘起による重い電子の検証とその普遍性

原子で作られた乳幼児の玩具の「ガラガラ」のような構造を有する充填スクッテルダイトという物質では、電子の見かけの質量が通常の100倍以上重くなる現象が観測される。本研究では、電子の見かけの質量が重くなる機構を明らかにするために、充填スクッテルダイトの原子振動状態を調べた。充填スクッテルダイトでは「ガラガラ」構造内の原子には共通して室温の1/3以下に相当する非常に小さなエネルギーで振動することがわかった。一連のROs_4Sb_<12>(R:軽希土類)化合物では、SnOs_4Sb_<12>において磁場に鈍感な重い電子的振る舞いが観測され、f電子が存在しないLaでも重い電子系物質に典型的な大きな電子比熱係数が観測されている。このことは本質的にROs_4Sb_<12>について電子相関以外の原因で重い電子的振る舞いが観測されていることを示唆している。そこで、本研究ではROs_4Sb_<12>およびその関連物質について、X線非弾性散乱を中心にフォノンや構造に関する研究を進めてきた。本年度は、価数揺動を示すSmOs_4Sb_<12>の特異性をより明らかにするため、SmOs_4Sb_<12>の圧力下の電子物性や価数揺動物質でカゴ状構造を有するSmB_6のフォノンとSmの価数の相関について調べた。その結果、SmB_6の格子定数の温度変化やSmによる光学モードの温度変化はSmの価数の温度変化に伴うSmイオン半径の温度変化で説明できたが、SmOs_4Sb_<12>はSmイオン半径の温度変化だけでは説明できないことが明らかとなった。SmOs_4Sb_<12>の場合には、混成状態の変化に伴う格子変形によるSbの正20面体構造の体積の減少も回折実験から示唆され、それに対応するSmモードのエネルギー変化が期待された。しかしながら、X線非弾性散乱実験からはその顕著な変化は観測されていない。また、本研究の目的である普遍性に関する知見を得るために重い電子的振る舞いが報告されているNdOs_4Sb_<12>およびPrOs_4Sb_<12>のX線非弾性散乱測定を行なった。その結果、希土類元素のモードのエネルギーは原子番号の増加とともに減少し、既に報告されている2次のラマン散乱の結果と良い一致をすることが明らかとなった。一連の充填スクッテルタイト化合物ROs_4Sb_<12>(R:希土類元素)において観測される100mJ/molK^2を越える大きな電子比熱係数の起源を探るため、電子比熱係数が約800mJ/molK^2のSmOs_4Sb_<12>と同様に価数揺動を示す強磁性化合物であるEuOs_4Sb_<12>のX線非弾性散乱実験を行なつた。EuOs_4Sb_<12)のEu原子のモードはSmOs_4Sb_<12>のSm原子のモードに比べ、約3meV高いことが明らかとなつた。また、X線非弾性散乱実験と平行して行なったX線吸収実験から、Euの価数がこれまで報告されていた価数揺動ではなく、純粋な2価であることも明らかとなった。これらの実験事実は、希土類由来のモードのエネルギーが希土類サイトの原子の可動長に依存することを示唆する。さらに、Euモードのエネルギーの温度変化は他のROs_4Sb_<12)の希土類原子のモードの温度変化同様、温度の低下とともに減少し、非調和性が大きなことが明らかとなった。このほかに、本研究では一連のRos_4Sb_<12>で唯一半導体的な電気伝導を示すCeOs_4Sb_<12>に関しても室温でX線非弾性散乱スペクトルを測定し、一連の軽希土類が充填されたRos_4Sb_<12>における希土類元素由来のモードの希土類依存性に関する知見を得ることができた。その結果、EuOs_4Sb_<12>とSmOs_4Sb_<12)の比較から示唆されていた希土類由来のモードのエネルギーは、希土類の原子価とランタノイド収縮で説明できることから、希土類原子の可動長に強く依存していることか゚本研究からまいらかになった。
琉球漆器の漆原料分析に関する研究

歴史的な琉球漆器を科学分析したところ、日本や中国に生育するウルシの木の樹液やベトナムに生育するハゼノキの樹液が利用され、これらはぞれぞれ単独に、あるいは混合して使われていた。琉球漆器からウルシオールが検出されたものは漆膜中のSr同位体比を分析したところ中国産の漆であることが分かった。また漆器の木質材料を分析したところ多くは中国産の杉「コウヨウザン」であることが分かった。このことから琉球の漆器作りは中国や東南アジアとの交流や交易の中で行なわれていたと考える。さらに琉球漆器の制作年代や加飾法の違いなどと漆の原材料の入手の関連を研究することが重要になってきた。琉球漆器は箔絵、螺鈿、堆錦などの高い制作技術で作られ、日本や中国にない独自のデザインで琉球の漆文化を発展させてきた。しかし琉球漆器の製造に使われた漆原料がどのような種類の漆を使ったかについては解っていない。我々は熱分解-ガスクロマトグラフィー/質量分析(GC/MS)法を開発し、歴史的な漆器に使われた漆が日本・中国の漆Rhus vernicifluaであるか、ベトナム・台湾のハゼノキ漆Rhus succedaneaであるか、タイ・ミャンマーのブラックツリー漆Melanorrhoea(Gluta)usitataであるかを識別できることを報告してきた。しかしハゼノキ漆Rhus succedaneaはベトナムや台湾のみならず琉球、中国、九州、四国にも木が存在するため、その産地は識別できない。本研究の目的は歴史的な琉球漆器に使われた漆原料の産地を決定することにある。そのために我々が開発した熱分解-GC/MS法と吉田らが研究中のSr同位体比分析法を組み合わせた分析法で琉球漆器に使われた漆の産地同定を研究している。熱分解一GC/MS分析法はアジアの3種の漆の識別が可能で、漆樹が生育する土壌中の微量なSr同位体(比)が漆液に含有するSr同位体比に影響し、日本産漆と中国産漆ではその同位体比の違いにより識別が可能になった。そこでこの手法をハゼノキの樹液に応用してハゼノキの樹液に含まれるSr同位体比を測定し、その産地との関連を探るデータを収集するものである。また歴史的な琉球漆器のSr同位体比を測定し、それをもとに漆の産地同定を検討する。また漆器の顔料や添加物の分析、漆膜のクロスセクション観察、顕微IRスペクトル及び下地の材料分析から漆器制作の技法を検討する。さらに、これらの研究をもとに琉球の漆工法を研究するとともに琉球王朝時代の漆や漆器の交易・流通の実態を明らかにしたい。我々が開発した熱分解ーGC/MS法と吉田らが研究中のSr同位体比分析法を組み合わせた分析法で琉球漆器に使われた漆の産地同定を研究している。熱分解-GC/MS分析法はアジアの3種の漆の識別が可能で、漆樹が生育する土壌中の微量なSr同位体(比)が漆液に含有するSr同位体比に影響し、日本産漆と中国産漆ではその同位体比の違いにより識別が可能になった。この手法とSr同位体比を用いて歴史的な琉球漆器で分析し、それをもとに漆の産地同定を検討する。さらに、これらの研究をもとに琉球の漆工法を研究するとともに琉球王朝時代の漆や漆器の交易・流通の実態を明らかにする研究に取り組んだ。以上に関わる研究は、歴史的な漆工芸品のシステム化した科学分析に取り組み、それに関わる漆文化の講演会を開催し、研究で得られた成果は学会で研究発表し、研究試料を提供していただいた関係機関に報告し、学問的に重要な研究成果について研究発表した。その主な成果は、久米島の君南風の衣装櫃「黒漆牡丹唐草沈金小櫃」の剥落片の分析結果は「久米島博物館所蔵の黒漆牡丹唐草沈金小櫃の科学分析と文化」として久米島博物館紀要13号(2013)」に報告した。また熱分解ーGC/MS法を応用して縄文時代の出土漆器を分析し評価した。更に、熱分解ーGC/MS法とSr(ストロンチウム)同位体比分析法を組み合わせた分析法で歴史的な琉球漆器に用いられた漆の産地同定についても研究し、その成果を学会で発表した。

琉球漆器は箔絵、密陀絵、螺鈿、堆錦などの高い制作技術で作られ、日本や中国にない独自のデザインで琉球の漆文化を発展させてきた。しかし琉球漆器の製造に使われた漆原料がどのような種類の漆を使ったかについては解っていない。そこで我々は漆器の剥落片を用いて熱分解-GC/MS法や、漆樹が生育する土壌中の微量なSrが、漆液に取り込まれるSr同位体比は異なり、日本産漆と中国産漆ではその同位体比に違いがあり、それを詳しく測定することで、両者を識別することが可能になる分析法を開発し、それらを応用して産地同定を検討した。また漆器の加飾に使われた顔料や添加物の分析、漆膜のクロスセクション観察、顕微IRスペクトル、蛍光X線分析及び下地材料を分析することで、漆器の製作に使われた漆の原料や、その産地同定を検討した。歴史的な琉球漆器を研究対象にして種々の科学分析で評価した。また比較のために日本の古い漆器だけでなく、ベトナム、中国、韓国などの漆や漆器についても分析し、各種データを収集した。それらのデータを基に、歴史的な琉球漆器を科学分析したところ、漆原料は中国産の漆が使われている漆器があり、また東南アジア産の漆を利用したものもあった。また、それら漆器を作る上の木質材料も中国由来のものがあり、歴史的な琉球漆器の制作は中国や東南アジアとの交流と交易の中で発展し、そこに琉球独自の漆工技法で加飾が施されたように考える。これを結論付けるには琉球漆器の制作年代や、技法や加飾の相違などから、さらに多くの琉球漆器を科学分析し比較検討することが必要性を感じた。琉球王朝時代の琉球漆器の制作は、周辺国との漆や漆器の交易・流通の中で発展し、独特の漆器制作の体制ができたように考える。以上の研究成果は関連する学会や研究論文誌に論文として報告してきたが、今後も得られた成果を精査し、更に論文として発表する予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。科学分析に必要なサンプルは、連携研究員や琉球漆を所蔵している博物館、美術館および埋蔵文化財センターや教育委員会の協力でいろいろ入手できた。それらのサンプルについて熱分解ガスクロマトグラフィー1質量分析(GC/MS)法とSr同位体比分析を進めており、またクロスセクション観察、顕微IRスペクトル及び下地の材料分析で検討してきた。それらの研究成果は関連する学会で研究発表するともに、浦添市美術館の協力で、2012年11月17日に浦添市てだこホール市民交流室で「琉球の漆文化と科学2012」と題する講演・報告会を開催し、多くの参加者があり、本研究の取り組みについて説明し研究成果を発表し、沖縄の漆に関わる研究者と交流することができ、大変有意義であった。その後歴史的なサンプルの提供や、資料提供を受けることができ、引き続き研究交流を続け、研究を推進して行きたい。歴史的な琉球漆器を科学分析し、それに使われた漆原料、漆材料を評価する研究はこれまでなかった。そこで本研究では伝世品や出土の漆工芸品から得られる小片・剥落片を用いて熱分解ーGC/MS分析、Sr同位体比分析、クロスセクションおよび蛍光X線分析法などで分析し、漆として日本、中国産漆だけでなく、ベトナムのアンナン漆、その他タイやミャンマーのGluta usitata漆が使われていることが見いだした。またそれら漆の利用についても4つの使用法があることを解明した。以上のようにこれまで知られていない新しい事実を見いだし、その利用法についてもデータを収集するなど研究成果が得られ、それらの研究成果はアジアの漆利用や日本の歴史的に漆の利用法と比較検討することができるなど成果を積み上げることができ、研究は概ね順調に進展していると考えている。
タンパク質フォールディングの大規模シミュレーションと大量軌道データ解析法の開発

コンピュータの性能は指数的に向上しており,少し前までは不可能だと思われていた大規模計算も数年たつと実現可能となっている.本研究ではタンパク質について大規模なフォールディングシミュレーションを実施した.その結果得られる大量データの処理についても新しい手法開発を行った.対象としたタンパク質はTrp-Cageとλリプレッサである.開発した手法は,マルチプル軌道アラインメント法,部分オーダ軌道アラインメント法,遍歴プロフィール法,などであるコンピュータの性能は指数的に向上しており,少し前までは不可能だと思われていた大規模計算も数年たつと実現可能となっている.本研究ではタンパク質について大規模なフォールディングシミュレーションを実施した.その結果得られる大量データの処理についても新しい手法開発を行った.対象としたタンパク質はTrp-Cageとλリプレッサである.開発した手法は,マルチプル軌道アラインメント法,部分オーダ軌道アラインメント法,遍歴プロフィール法,などである20残基からなる小さなタンパク質,TrpCageについて,水を露わに取り入れた分子動力学シミュレーションをプログラム:MARBLEを用い,東工大のスパコングリッドマシン:TSUBAME上で実行した.まず伸びた形のタンパク質をコンピュータの中に作製し,水を配置し,最適化計算を行った.その後,圧力一定の分子動力学計算を行い,単位ボックス周辺の水を緩和させた.更に温度一定の分子動力学計算を実行し,タンパク質が十分まるまり小さくなったところでボックスサイズを調整し小さくした.この計算を50ns,30本実施した.また,90残基程度のタンパク質について,水を露わには取り入れないフォールディングシミュレーションを実行した.新しい軌道解析法:遍歴プロフィール法について,研究開発を行った.この方法では軌道をそれが含む構造クラスタの種類として表現する.構造クラスタの種類を比較することで軌道分類が可能となる.フォールディングを含む軌道,擬フォールディングを含む軌道,フォールディングを含まない軌道,などの属性と軌道分類の対応をみることで,属性を表現するのにどういう軌道が典型的なのか,またそれらを特徴付ける構造クラスタとはどういうものなのか,を解析することが可能となる.遍歴プロフィール法をTrpCageのデータ(水を露わには含まない計算結果)に適用したところ,正しいフォールディング軌道と誤ったフォールディング軌道の分割は時間発展の初期段階で発生すること,その要因は主鎖構造が左巻きか,右巻きか,というものであることが分かった.80アミノ酸残基からなる置換型λリプレッサのフォールディング過程を解析した.昨年度,AMBERを利用したシミュレーションを実施し,50nsの軌道を400本得た.1軌道あたり2500スナップショットからなるので,構造の総数は100万個となる.まず,λリプレッサがランダムコイルから天然状態にフォールドしているかどうかを確認するため,PDBに登録されている天然構造とシミュレーションで得られた構造のRMSD値を計算した.全構造中,最小RMSD値は4.72オングストロームであり,λリプレッサが完全な天然状態ではないが天然状態近傍までフォールドしていることが分かった.他方,2次構造解析からも特徴的なαヘリックス形成が見られたので,天然状態近傍に至る過程としてこの軌道解析は意義があると考え,解析を続けることとした.λリプレッサがフォールドするにつれ,その慣性半径が小さくなり相関が見られた.しかし,天然構造で見られるアミノ酸接触の割合を表すQ値は,ローカルコンタクトの割合が高いため天然状態近傍でも,他のアンフォールド構造でもほとんど変化がみられず、天然状態近傍へのフォールド過程を議論するには向かないことも分かった.次に,λリプレッサがどのような経路を通ってフォールドするかを調べるため,距離マップを用いて構造を階層的にクラスタリングし,その構造遷移図を作成した.全体像を把握するためにしきい値を7オングストロームに設定してクラスタリングを実施し,顕著なクラスタ遷移だけに着目したところ,おおよそ5種類のクラスタ集団が確認された.ランダムコイル状態で全体的にαヘリックスが形成され,1番目と4番目,そして2番目と3番目のαヘリックスの接触が強くなると,λリプレッサ全体がフォールドする傾向にあることが分かった。80アミノ酸残基からなる置換型λリプレッサのフォールディング過程を解析した.一昨年度,AMBERを利用したシミュレーションを実施し,50nsの軌道を400本得た.全構造中の,最小RMSD値は4.72オングストロームであり,λリプレッサが完全な天然状態ではないが天然状態近傍までフォールドしていることが分かった.昨年度は,λリプレッサがどのような経路を通ってフォールドするかを調べるため,距離マップを用いて構造を階層的にクラスタリングし,その構造遷移図を作成した.全体像を把握するためにしきい値を7オングストロームに設定してクラスタリングを実施し,顕著なクラスタ遷移だけに着目したところ,おおよそ5種類のクラスタ集団が確認された.今年度はクラスタ解析を更におしすすめ,各クラスタ集団の遷移課程を詳しく調べた.その結果,もっとも初期過程であらわれるクラスタ集団ではランダム構造からヘリックスが形成されるが,このヘリックスがジッパーとよばれる構造となり,クラスタ遷移がおきることがわかった.ジッパーは1番目と4番目,そして2番目と3番目のαヘリックスの接触でも特徴付けができる.これらαヘリックス間の接触については昨年度にデータを取得していたが,ジッパー構造として再認識したことでフォールディング課程がより整理された.λリプレッサの場合,天然構造よりもコンパクトとなるクラスタ集団も確認された.これらはαヘリックスが一部壊れることで強いパッキングを達成していた.

また,データベースに登録されている構造はダイマーだが,その相互作用面にあたるヘリックスは構造形成能が低いこともわかった(シミュレーションはモノマー).これらの他に,β型のタンパク質についてもシミュレーションの対象とするためにコンタクトオーダを調べ,ルブレドキシンをターゲットとして選定した.10nsの予備計算をAMBERで実施した.
環境モニタリングを目的とした培養細胞のマイクロセンシングシステムの開発

2年間、以下の項目に関して検討を行った。1.高感度CCDカメラシステムの開発及び細胞分化に伴う活性酸素及びサイトカイン産生の機能評価と細胞チップ作製方法の検討THP-1細胞(骨髄性白血病患者の細胞株)がPMA (phorbol myristate acetate)を添加することでマクロファージに分化する際、産生する活性酸素検出を検討した。96穴プレートで経時的にTHP-1から産生する活性酸素をルミノール化学発光で検出し、数時間にわたる挙動をリアルタイムにとらえることに成功した。またTHP-1をコラーゲンゲル包埋法よりプラスチックシャーレに数μLで固定化し、96穴プレートと同様に分化過程の活性酸素産生過程が評価可能となった。活性酸素産生を化学発光法によりリアルタイムで追跡する方法について報告した。THP-1の分化に伴うサイトカイン産生の検出を検討した。96穴を用いる通常のイムノアッセイ法では高額な免疫関連試薬を1バイアル当たり100μL使用するのに対し、本法ではコラーゲンゲルを用いて数μLでアッセイシステムを構築することが可能となった。SECMを用いて植物細胞のPOD(ペルオキシダーゼ)活性評価及び免疫細胞の呼吸活性イメージング(マクロファージ)の検討を行った。その結果SECMによるPODや呼吸活性評価の可能性が示唆された。2.SECM(走査型電気化学顕微鏡)による細胞活性評価の検討現在、ヒト好中球及び単球を用いてがん細胞であるTHP-1との比較を化学発光法により検討中である。化学発光の時間的挙動は、ヒト好中球、単球、THP-1では明らかに異なる挙動を示している。このような違いを健康状態の指標などに応用できるかどうか医学部との共同研究を行う予定である。本年度は以下の二項目に関して検討を行った。(1)高感度CCDカメラシステムの開発及び細胞分化に伴う活性酸素産生の機能評価と細胞チップ作製方法の検討THP-1細胞(骨髄性白血病患者の細胞株)が分化する際に産生する活性酸素を検出する検討を行った。96穴プレートで経時的にTHP-1から産生する活性酸素をルミノール化学発光で検出し、数時間にわたる挙動をとらえることに成功した。また細胞をチップ化する前段階として局所領域(マイクロメートルサイズ)に酵素を固定化する検討を行った。グルタルアルデヒド法によりガラス基板にグルコースオキシダーゼとウリカーゼを約50μmに固定化しSECM(走査型電気化学顕微鏡)により活性評価ができた。THP-1をコラーゲンゲル包埋法よりプラスチックシャーレに5μLで固定化し、96穴プレートと同様に分化過程の活性酸素産生過程が評価可能となった。(2)ディーゼル排気微粒子(DEP)による毒性試験大気中微小粒子状物質が気道の感染に及ぼす影響についてマウスのLPS-誘発の肺炎症状惹起モデルを用い、DEPが気道感染による肺炎症状を増悪させるかどうかについて検討した。ディーゼル排気暴露が感染時におきる炎症を増悪させる作用のあること、DEPは炎症細胞の浸潤を増加させる因子であるケモカインであるMIP-1αを増加させることが見いだされた。また、細胞を用いた検討では、肺組織障害と修復に伴って分泌されるサイトカインが培養肺胞上皮細胞の基底膜形成に与える影響について検討した。線維芽細胞由来のHGFが基底膜形成を阻害するが上皮細胞増殖を促進すること、また、HGF暴露の後に低濃度TGF-β1を与えると最も組織修復が早いことが明らかになった。本年度は以下の項目に関して検討を行った。

1.高感度CCDカメラシステムによる細胞分化に伴う活性酸素産生及びサイトカインアッセイ評価昨年度においてヒト由来急性白血病細胞株THP-1がPMA (phorbol myristate acetate)により細胞分化し、その際の活性酸素産生を化学発光法によりリアルタイムで追跡する方法について報告した。本年度はではTHP-1の分化に伴うサイトカイン産生の検出を化学発光法を用いて検討した。96穴を用いる通常のイムノアッセイ法では高額な免疫関連試薬を1バイアル当たり100μL使用するのに対し、本法ではコラーゲンゲルを用いて数μLでアッセイシステムを構築することが可能となった。2.SECM(走査型電気化学顕微鏡)による細胞活性評価の検討SECMを用いて植物細胞のPOD(ペルオキシダーゼ)活性評価の検討を行い、さらに細胞の呼吸活性イメージング(マクロファージ)の検討を行った。その結果SECMによるPODや呼吸活性評価の可能性が示唆された。現在、ヒト好中球及び単球を用いてがん細胞であるTHP-1との比較を化学発光法により検討中である。化学発光の時間的挙動は、ヒト好中球、単球、THP-1では明らかに異なる挙動を示している。このような違いを健康状態の指標などに応用できるかどうか医学部との共同研究を行う予定である。また、好中球、単球などの活性酸素産生の計測に関してマイクロチップ化するためには電気化学的手法が有利であると考えておりマイクロ電極による検討も同時に行っている。
SLEより分離されたC型レトロウイルスの解析-新型レトロウイルスとしての確認-

間質性肺炎を伴い抗DNA抗体など種々の自己抗体を持つヒト全身性エリテマトーデス(SLE)患者の肺細胞中にレトロウイルス粒子を見いだしその解析を行った。このウイルスの特性を以下にまとめた。1)本ウイルスは、肺細胞に感染し合胞体形成を行う。2)本ウイルス感染肺細胞、ヒト細胞株Hela,U937培養上清中にはレトロウイルスの存在を示唆する逆転写酵素(RT)活性が見いだされた。RT活性はウイルス粒子の存在分画に一致して高値を示した。3)電顕的に、本ウイルス感染肺細胞及びHela細胞よりC型レトロウイルス粒子が見いだされた。4)本ウイルス感染U937細胞に対し、蛍光抗体法にて患者血清は抗体活性を有し、患者血清中には、本ウイルスに対する抗体の存在することが示唆された。5)本ウイルスは蛍光抗体法及びPCR法にて、HTLV-1、2、HIV-1、2、HFVなど既知のヒト型レトロウイルスとは異なることが示唆された。以前より、SLEの病因のひとつとして、レトロウイルスの関与が示唆されており、またHIV感染者の一部に自己免疫病類似の臨床像を呈することから、レトロウイルスと自己免疫病の関係が注目されている。本ウイルスが、SLEの病態形成にどのように関与しているか現在までのところ不明であるが、他のSLE患者の一部にも本ウイルスに対する抗体の存在している可能性も示唆されており、注目される。現在、本ウイルスのクローニング、及び免疫不全に及ぼす影響を検討中である。間質性肺炎を併ったSLE患者より、経気管支的に摂取された肺細胞中に見い出されたレトロウイルスの解析を行った。本患者の肺細胞は、ウイルス感染を示唆する合胞体を形成し、肺細胞培養上清中に、レトロウイルス感染を示唆する逆転写酵素(RT)活性を認めた。この肺細胞を電顕的に検〓したところ、直径150nm程度のC型レトロウイルス粒子が検出され、本患者肺細胞とヒト細胞株(HeLa,U937)との共同培養により、特続感染細胞株の確立を試みた。本患者肺細胞と共同培養して得られたU937細胞は、1)合胞体形成能を有し、2)同細胞培養上清中にRT活性を認め、3)更に、患者血清を用いた螢光抗体法にて、同U937細胞は染色され、患者血清中に、同ウイルスに対する抗体が存在すると同時に、同U937細胞は、患者由来ウイルスに感染している事が示唆された。また、同様の共同培養法により得られたHeLa細胞を電顕的に検〓したところ、多数のC型レトロウイルス粒子が検出、同定されている。PCR法、螢光抗体法にて検〓した結果では、本ウイルスは、HTLV-1、HTLV-2、HIV-1、HIV-2およびHFVなど既知のヒトレトロウイルスではないことが明らかとなっている。現在、本ウイルスの持続感染細胞株化の安定化を試み、本ウイルスRNAを用いた遺伝子クローニングを行っている。同時に、本ウイルスに極めて類似性を示す、HIV-1は、種々の自己免疫現象を呈する事が知られているが、HIV外被蛋白gp120を用いる事によって、HIV感染の免疫不全、自己免疫現象発症の機序について検討中である。

5)本ウイルスは蛍光抗体法及びPCR法にて、HTLV-1、2、HIV-1、2、HFVなど既知のヒト型レトロウイルスとは異なることが示唆された。以前より、SLEの病因のひとつとして、レトロウイルスり関与が示唆されており、またHIV感染者の一部に自己免疫病類似の臨床像を呈することから、レトロウイルスと自己免疫病の関係が注目されている。本ウイルスが、SLEの病態形成にどのように関与しているか現在間でのところ不明であるが、他のSLE患者の一部にも本ウイルスに対する抗体の存在している可能性も示唆されており、注目される。現在、本ウイルスのクローニング、及び免疫不全に及ぼす影響を検討中である。
モジュール組込み知識フレームを用いたプログラム設計支援システムの研究

効率の高い汎用モジュールの開発のため次のような考察と実験的検討を行い、有望な結果を得た。1.一般モジュールの変数のタイプの汎用化モジュールで処理する対象のデータタイプを変数として手続きを記述しておき、モジュールの適用時にユーザが宣言や入出力用にデータのタイプや桁数を指定するものとする。これにより、1個の汎用モジュールから、対象の適合したいろいろなタイプのソースモジュールを自動作成することができる。このような汎用モジュールの構築とカスタマイズを行う方法を考察し実験した。2.構造体処理モジュールの汎用化登録、照合、更新、検索などを含むテーブル処理など比較的大きな処理単位では、構造体を設けて処理が行われているが、構造体の具体的なデータ構造が異なる毎に処理モジュールを作成しており、異なる構造に対する適用やデータ構造の変更拡大に伴うプログラムの修正変更が問題になっている。この研究では、構造体一般に関して各処理毎に一つの汎用モジュールをプロログの述語形などで構築しておき、適用時にユーザが処理対象のデータ構造を入力することにより、適用可能なソースモジュールを自動生成する手法を考察し検討した。
戦後日本の所得分配の変化と貧困層の推移についての計量経済学的分析

わが国においても貧困層というものが存在し、絶対的な経済の豊かさと、相対的な所得格差に影響を受けて拡大や収縮を繰り返し、その深刻さも時々によって変化してきた。本研究では,貧困者数や貧困の深さについて、それらがどのようなマクロ経済学的要因によって影響されてきたのか、所得分配全体の変化は貧困層にどのような影響を与えたのかといった点について計量経済学的な分析を行った。第1年度度は、以下の3点を検討した。家計の効用の測について、多費目の消費関数を使った手法を検討した。生活保護の制度については、制度変更について検討し、現時点では、貧困者=生活保護対象者という考え方も、社会的認識の一つの現れであるとして分析する可能性と、所得分配あるいは消費水準の不平等度より貧困者数を推計する方方の可能性について検討し、双方の研究方法の短所と長所を確認した。貧困者の範囲に関しては、費の不平等度について適用した手法によって、各制度の下での貧困者数の推計を行い、それを他の制度の下での推計に応用可能である事を確認した。第2年度は、貧困層の規模や貧困の深さが、実際のマクロ経済変数や所得分配の変化とどのような関係にあるのかを計量経済学的な分析を行った。具体的には、貧困層の規模や貧困の深さがどのような要因で決定されるのかといった要因の探索を回帰分析の変数選択の手法を用いて行い、貧困層の規模や深さの決定要因の候補としては、所得分配を示す指標としてジニ係数をはじめとする所得の不平等尺度や、マクロ経済の動向を示す各種の経済変数や、政府の政策を代理する変数など用いて分析を行った。本年度は、貧困の計測に関する過去の研究についてサーヴェイし、以下の3点について検討課題があることを確認した。第1の点は、貧困線の決定(=わが国の場合は生活保護世帯の決定)においては、生活保護者に関する実態調査等によって、記述的統計による比較は存在するが、全国レベルでどのように決まっているのか、家計の効用水準の計測といった数量的な把握な度は成されていない。第2の点は、生活保護の制度は、戦後、何度かの大きな変更があり、貧困者=生活保護対象者と見る見方に検討の余地があること。第3点は、貧困者=生活保護対象者とした場合についても、その量的な決定を分析するためのデータが整備されておらず、地域別や時系列のデータについても、その連続性に問題があり、計量経済学的な手法を含めて更に検討が必要なである。以上の3点について、第1の点については、家計の効用水準の計測について、多費目の消費関数を使った手法を検討した。特に、その適切なモデリングをやモデル選択について検討を行い。現時点では、暫定的であるが、分析モデルの選択方法について結果を得た。第2の点については、制度変更について検討し、現時点では、貧困者=生活保護対象者という考え方も、社会的認識の一つの現れであるとして分析する可能性と、所得分配あるいは消費水準の不平等度より貧困者数を推計する方方の可能性について検討し、双方の研究方法の短所と長所を確認した。第3の点については、消費の不平等について適用した手法によって、各制度の下での貧困者数の推計を行い、それを他の制度の下での推計に応用可能である事を確認した。次年度の研究内容として、マクロ経済変数や所得分配と貧困者数の関係を分析し、この推計結果を下に、制度変更による貧困者数=生活保護対象者の変化の原因について検討すること。地方財政支出と地域の貧困者数の決定要因について、地域のマクロ変数との関連を含めて検討する。更に、産業構造の変化と貧困者数の変化についても計量分析を行う予定である。
河道における異常土砂堆積の動向に関する研究

河道において異常な土砂流出が起きたときの土砂の堆積範囲および堆積土砂の侵食・流送機構について、次のような成果を得た。1.河床砂の粗粒化現象と流砂量流砂が平衡状態にあるときの河床表層の粗粒化現象について検討し、河床の粗砂は移動しているが細砂は移動していない場合、河床表層は粗粒化し、粗砂も細砂も活発に移動しているような場合は細粒化することがわかった。また、実験に基づき混合砂の場合の全流砂量を算定する方法を示した。2.崩土の堆積機構崩土の到着距離に及ぼす流路の平面形状の影響について検討した。その結果、支谷間合流がなめらかなとき、崩土は勾配に見合うように濃度を調節しながら流動し、急勾配では侵食、緩勾配では堆積しながら流動するのに対し、合流部が屈曲しているときは、崩土の大きなエネルギ-ロスが生じ、勾配が停止限界勾配より小さい場合には合流点に堆積し、天然ダムを形成することがわかった。3.堆積土砂の洗掘機構側岸の侵食(横侵食)と河道底面の洗掘(縦侵食)が同時に起こるような場について実験を行い、流量が小さいときは横侵食のみが支配的になり、流量が増加すると初期には横侵食が支配的で、その後縦侵食が支配的になることがわかった。このような特性は2次元の河床変動計算によっても再現され、河道縦横断形状の変化についても理論値は実験値とよく適合した。
血管内皮前駆細胞の機能分化における免疫細胞化学および分子組織化学的解析

成体の創傷治癒過程における新生血管形成機序の形態学的解析を以下のごとく展開した。100°Cの金属円柱を深麻酔下成熟ラット背部に一分間圧着させて作成した実験的皮膚熱傷モデルから経時的に採取した皮膚生検組織を試料として、1)パラフィン包埋切片上でvon Willebrand因子(vWf)の免疫細胞化学を施行したところ、受傷3日5日後に健常部真皮から受傷部真皮に遊走した線維芽細胞様の細胞のうち、新生毛細血管近傍と同血管から離れた部位にいずれも索状に集積した細胞はvWf免疫陽性反応を呈し、さらにWeibel-Palade(WP)小体含有が電顕観察で確認されたことから、血管内皮前駆細胞(EPC)のphenotypeと考えられた。2)1)の連続切片上で、VEGFとVEGF受容体の免疫細胞化学を施行したところ、VEGF免疫陽性反応は新生毛細血管内皮とその近傍のEPCで、flk-1免疫陽性反応は同血管近傍のEPCで、flt-1免疫陽性反応は同血管近傍および離れた部位のEPCで観察された。3)1)の連続切片上で、エンドセリン(ET)-1、bigET-1およびET変換酵素-1の免疫細胞化学を施行したところ、1)のvWfの免疫細胞化学と一致した所見が得られた。これらの結果から、本実験モデルの創傷治癒過程において、1)真皮線維芽細胞由来と推察されるEPCが新生毛細血管に編入する血管発生の様式による血管形成が確認された。2)新生毛細血管内皮細胞が産生・放出するVEGFは近傍の線維芽細胞のEPCへの転化を受容体介在性に誘導し、さらに、これらのphenotypeが産生・放出するVEGFは同血管から離れた部位の線維芽細胞のEPCへの転化に関与することが推察された。3)EPCはWP小体が出現する比較的早期のphenotypeからET-1の産生・修飾に関与することが示された。平成13年度実験計画を一部見直し、成体の創傷治癒過程における血管発生様式による新生血管形成機序と血管内皮前駆細胞の分化過程の形態学的解析に焦点をしぼった。1)沸騰水中で100°Cに加熱した金属円柱(真鍮製)を深麻酔下の成熟ラット背部に一定時間接触させて実験的熱傷モデルを作成し、同一固体から経時的に熱傷受傷部組織を採取して試料とした。2)加熱金属柱の接触時間を1分間に設定したところ、表皮から皮下組織浅層に及ぶ3度の熱傷(deep burn)モデルが再現性を持って作成された。3)受傷後2時間では、熱傷部真皮毛細血管内の血液凝固亢進が観察され、612時間後には表皮から真皮全層に亘る硝子様変性および壊死が進行し、12日後には、受傷部近傍の毛細血管拡張が観察された。35日後には表皮基底層の熱傷部への伸展と、真皮健常部から壊死部への毛細血管の伸展が観察された。毛細血管の伸展部先端には真皮由来の線維芽細胞が集合し、細胞質突起で互いに、あるいは既存の毛細血管内皮細胞と接触しながら策状構造をとり、その多くは血管内皮前駆細胞のマーカーであるVEGF受容体免疫陽性反応を示した。これらの細胞の一部は、Weibel-Palade小体を含有し、第8因子関連抗原免疫陽性反応を呈していた。

以上の結果から、今回の熱傷治癒モデルにみられる新生血管の形成機序は血管発生(vasculogenesis)の様式によることが確認された。平成14年度は同モデルの血管発生機序において、血管内皮前駆細胞から血管内皮細胞のどのphenotypeにおいてエンドセリン(ET)-1およびET変換酵素が発現するかについて免疫細胞化学および分子細胞化学的解析を施行する予定である。平成14年度実験計画に沿い、前年度作成したラット実験的皮膚熱傷モデルを材料として、成体の創傷治癒過程における新生血管形成機序の免疫細胞化学的検索を展開した。1)経時的に採取した皮膚生検組織を試料として、VEGFとVEGF受容体の免疫細胞化学を施行したところ、受傷3日目の健常部真皮から受傷部真皮に急速に伸展している毛細血管内皮細胞と、その近傍に集合した線維芽細胞にVEGFとVEGF受容体免疫陽性反応が観察された。受傷5日目には、毛細血管から離れて存在する線維芽細胞にもこれらの免疫陽性反応が観察された。2)1)の連続切片上で、第8因子関連抗原、エンドセリン(ET)-1、およびET変換酵素-1の免疫細胞化学を施行したところ、1)の免疫細胞化学と一致した所見が得られた。3)1)と2)の試料を電顕観察したところ、受傷3日目の毛細血管内皮細胞と細胞質突起で接触する線維芽細胞はWeibel-Palade(WP)小体を含有し、さらに、受傷5日目の毛細血管から離れた部位の線維芽細胞も高率にWP小体を含有することから、いずれも血管内皮前駆細胞(EPC)へのphenotypeと推察された。これらの結果から、ラット実験的皮膚熱傷モデルの創傷治癒課程において、1)真皮線維芽細胞由来と推察されるEPCが新生血管に編入する血管発生の様式による血管形成が観察された。2)新生毛細血管先端部の内皮細胞が産生・放出するVEGFは近傍の線維芽細胞のEPCへの急速な転化をVEGF受容体介在で誘導し、さらに、これらのphenotypeが産生放出するVEGFは新生毛細血管から離れた部位の線維芽細胞のEPCへの転化に関与することが推察された。3)これらのphenotypeは早期にET-1の産生と修飾に関与することが確認された。4)骨髄性EPCの血管発生への関与の解析は今後の課題として残された。
タキソ-ルの全合成を指向した有用中間体の効率的合成法の開発

本研究では抗腫瘍性天然有機化合物であるタキソ-ルを大量合成することが可能な全合成プロセスの開発を指向し、糖質を用いた有用中間体の効率的合成法の確立を計画した。この計画を遂行するため、タキソ-ルの基本骨格のうち、連続した5つの不斉中心を有するC環部を入手容易な糖質のひとつであるD-グルコースを出発原料としてその大量合成法を確立することを初期の目標として合成研究を行った。安価な糖質であるD-グルコースを出発原料として用い、これを簡便な方法により5-エノピラノシド誘導体へ変換し、パラジウム塩を用いるフェリーエ環化反応によりキラルなシクロヘキセノンを得た。これにメチル基を導入し、β-メチルシクロヘキセノンを高収率にて合成した。このエノンにビニル基を1、4-付加させたところ、反応は高収率、高立体選択的に進行し、タキソ-ルC環部の4級炭素を立体選択的に構築することができた。そこでこの反応中間体であるエノレートをホルムアルデヒドにてトラップし、分岐炭素鎖を導入したところ、タキソ-ル合成に必要な立体化学ならびに官能基を有するシクロヘキサノン誘導体と、そのエピマ-を約1:2の生成比で得た。現在分岐炭素鎖導入の立体選択性の向上と、得られたシクロヘキサノンのケトン部にメチレン基を導入し、ついでこれを利用してオキセタン部を構築することを検討している。ここまでの研究により、タキソ-ル合成に必要なC環部の骨格、官能基を立体化学も含めて、効率的に構築することができた。ここまでの合成ルートは大量合成が可能な経路である。またこのC環前駆体はA環部とのカップリングに適した構造を有しており、全合成における重要な中間体と考えている。
GBR法を応用した人工歯根療法に関する研究

申請者は,歯科インプラント臨床で頻繁に遭遇する幅径の少ない顎骨へのインプラント埋植にあたり、メンブレンを用いたGBR(GTR)法が充分な効果を示し、顎提形態の改善策と成りえるか否かを動物実験により検証し、また将来的にはメンブレンのオステオプロモーション解明を目的として本研究を実施した。計画通り、実験動物はビ-グル成犬を5頭用いた。人口歯根には、実績とシステム化された術式により埋植が容易なオステオインテグレーションインプラント(IMZインプラント:φ3.3mm/Length8mm)を用い、GBR法のメンブレンには、ジャパンゴアテックス(株)の「e-PTFE膜(GT4)」を用いた。ビ-グル成犬の両側下顎第1、第2前臼歯を抜去し、2か月経過後に顎提の条件の良い部位を選んでインプラントを埋植。埋植時に右側顎堤はインプラントの頬側皮質骨が欠損した状態で固定される方法。左側はインプラントの近遠心部に骨欠損が生じる様にし、いずれも8(16本)組ずつ用意した。この内、半分の4(8本)組に対しては欠損部をメンブレンを使用し被覆し、残り半分はコントロールとしてメンブレンで被覆しなかった。埋植術後、感染により4本のインプラントの露出・脱落が見られた。残りの4か月日のX線所見は左側群のみで比較可能であったが、コントロール群に比べ歯槽頂部の骨高径が高かった。また、すべての埋植されたインプラントの周囲は概ね骨と密に接していることも観察された。実験動物を屠殺し顎骨を取り出した際のマクロ所見では、右側群に比べて左側群の方がインプラントの上縁に接する骨が豊富に観察される傾向であったが、これはメンブレンと既存の骨面との間のスペースメイキングの影響なのかも知れない。今後、染色標本等を十分に観察する予定である。
時間／空間ダイナミクスを考慮した統括的トラヒックエンジニアリングの評価と実現手法

インターネットの普及やIoTによる情報量の増加に伴い、トラヒックエンジニアリングの重要性は高まっている。その本質は、1)個々のトラヒックの要求品質を満たしつつ、2)ネットワーク資源を有効に活用する、ことであるが、収容トラヒック量の減少時には、2')トラヒックを集約して低利用ネットワーク資源を遮断、することで省電力化を図る。本研究課題では、トラヒック発生ノード群の空間的なダイナミクス、および、発生時点や送信量の時間的なダイナミクスを考慮し、余剰資源を遮断する省電力TE、もしくは、転送品質の充足を優先する輻輳緩和TEを行う統括的な手法を提案し、その実現技術を評価した。インターネットの普及・発展、および、M2M(Machine-to-Machine)/IoT(Internet of Things)といった人間が直接的な主体でない情報(ビッグデータ)の爆発的な増加に伴い、トラヒックエンジニアリング(Traffic Engineering, TE)の重要性はさらに高まっている。具体的には、送受信ノード間のトラヒック到達可能経路が複数あり、かつ、収容トラヒック量が増加した時、1)収容トラヒックの要求QoS(Quality of Service)を満たしつつ、2)複数経路を活用してネットワーク資源を有効に活用する、ことを目的とするが、トラヒック発生ノードの空間的な変動、および、夜間トラヒック量の減少などによる短期的なトラヒック変動に基づく省電力化を意識したTE(省電力TE)の実現にあたり上記2)は以下のようになる。2)'少数のリンクや構成機器にトラヒックを集約して低利用ネットワーク資源を遮断する。本研究課題では、トラヒック発生ノード群の空間的なダイナミクスや発生状況、および、ネットワーク内の収容トラヒック量の時間的なダイナミクスを考慮し、トラヒック転送品質の充足を前提として、状況に応じて存在するネットワーク資源を最大限に利活用する従来TE、もしくは、最低限の利用に留めて余剰資源を遮断する省電力TEを行う統括的な手法について検討している。平成27年度は、従来TE技術の整理・調査を通して省電力TEの位置づけを明確にし、TE問題の定式化と最適解の導出、および、2ノードペア2経路ネットワークにおける時間的/空間的な省電力TEの性能解析を計画している。実施計画に基づき、まず従来TE技術の整理・調査し、多数のノード(ルータ/スイッチ)で構成される実際のネットワークにおいて統括的TEを行う場合、各ルータが接続リンクなどの局所的な利用状況を基に判断する方法と各トラヒック送信ノードがEnd-to-Endの大域的な利用状況基に経路選択する方法に大別されることを明確にした。前者については、各ルータの「次数(接続リンク数)」と接続リンクの「多重度(全ノード間通信を仮定した場合の通過経路数)」に基づく省電力TEの発展としてリンク帯域の不均一性を考慮した評価と、無線APにおけるトラヒック集約/中継効果について検討した。後者については、まず、2ノードペア2経路の小規模ネットワークにおける時間的/空間的な省電力TEの性能解析を通して基本的な経路選択方法を示した。次に時間的な省電力TEを実現するためにこれまで提案/シミュレーション評価を通して確立していた省電力TCPについてテストベッドネットワークにおける実装実験を通してその有効性を検証した。さらbに、End-to-Endに複数経路(Subflow)が存在することを前提としたMulti-Path TCPにおけるTEの実現可能性についてシミュレーションにより示した。以上の研究成果と申請時の実施計画を比較すると、平成27年度は一般的なTE問題の定式化と最適解の導出を目的としており、定式化と方向性の検討は進めているが最適解導出のためのアルゴリズムの調査に留まり成果として整理されていない。しかしながら、平成28年度以降に予定していたテストベッドネットワークの構築を一部前倒しして行い、さらに、Multi-Path TCPの適用を検討することにより、全体計画における進捗状況としては順調に進展しているものと判断する。インターネットの普及・発展、および、M2M(Machine-to-Machine)/IoT(Internet of Things)など人間が直接的な通信主体ではない情報(ビッグデータ)の爆発的な増加に伴い、トラヒックエンジニアリング(Traffic Engineering, TE)の重要性はさらに高まっている。具体的には、送受信ノード間のトラヒック到達可能経路が複数あり、かつ、転送トラヒック量が増加した時、1)収容トラヒックの要求QoS(Quality of Service)を満たしつつ、2)複数経路を活用してネットワーク資源を有効に活用する、ことを目的とするが、トラヒック発生ノードの空間的な変動、および、短期的なトラヒック変動に基づき省電力化を意識した場合(省電力TE)、その実現において上記2)は2')少数のリンクや構成機器にトラヒックを集約して低利用ネットワーク資源を遮断する、となる。本研究課題では、トラヒック発生ノード群の空間的なダイナミクス、および、トラヒック発生時点や送信量の時間的なダイナミクスを考慮し、ネットワーク利用を最低限に留めて余剰資源を遮断する省電力TE、もしくは、転送品質の充足を前提とした資源を最大限に利活用する輻輳緩和TEを行う統括的な手法を提案、評価する平成28年度は、TE問題解決のための経路割当/利用リンク・ルータの決定アルゴリズムを導出し、End-to-Endのトランスポートレベルで実現するためにMPTCP(Multi-Path TCP)の利用を提案してテストベッドネットワークにおける実装実験による検証を行い、統括的TEの枠組みについて検討をはじめた。実施計画に基づき、まず、省電力TEとしてのネットワーク経路木作成問題における基点ノード選択指針、経路木作成方針、および、トラヒックの時間的ダイナミクスに対応するための追加リンク選択指針に関して提案し、有線/無線双方のネットワークを想定し評価した。