Updated on 2025/04/03

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KANEMITSU, Hidehiro
 
Affiliation
Affiliated organization, Global Education Center
Job title
Associate Professor(tenure-track)
Degree
Doctor of Global Information and Telecommunication Studies ( 2012.02 Waseda University )
Profile

主に並列分散処理に関する複数のテーマについて研究しています.私が最も力を入れているのは,スケジューリングアルゴリズムです.

タスクスケジューリング
  • プログラムの並列化や,大規模ワークフロージョブの並列化には,各タスクをどの計算資源へ割当てて,そしてどのような順序で実行すべきかという問題,すなわちタスクスケジューリングが必須です.特にネットワークを介して複数の計算機によって並列処理を行うためのスケジューリングアルゴリズムを研究しています.
  • 均一な性能をもつ計算機環境において,割当てる仕事量の下限値を算出することによって実行マシン数を制限しつつ,通信遅延と処理時間の均衡を保って応答時間を最小化するスケジューリングアルゴリズムを開発しました.
  • 不均一な計算機群において,各計算機に対して割り当てる仕事量の導出,タスクの割当て,実行順の決定を行うアルゴリズムCMWSL(Clustering for Minimizing Worst Schedule Length)を開発しました.
  • スケジュール前に多数の計算機群から,少ない計算機数で応答時間の最小化が見込まれる,計算機群の部分集合を事前決定させるプロビジョニングアルゴリズムLBCNS (Lower Bound based Candidate Node Selection)を開発しました.
  • コンテナ同士のワークフローにおいて,コンテナの共有によるダウンロード数の削減,及び少ないVMに割り当てて多数のアプリを同時に実行するためのタスク(コンテナ)クラスタリングアルゴリズムであるSF-CUV(Shareable Functional task Clustering for Utilizing Virtualized resources)を開発しました.
  • 今後は,各計算機の可用帯域幅やホップ数等を考慮した,より現実的な通信機構を含んだスケジューリングアルゴリズムを開発する予定です.
  • タスクスケジューリングアルゴリズムの実行基盤SFlowを開発し,実験しています.

 

ネットワーク仮想化(NFV, SFC: Service Function Chaining)
  • 近年のSDN(Software Defined Network)から派生した,ネットワークファンクションの仮想化,及び仮想化されたファクション同士の連携(SFC: Service Function Chining)について研究しています.IoTデバイス・センサ等から得られる多量の情報を効率よく処理するために,利用するインスタンス数の最小化,同時処理可能なファンクション数の最大化,トラヒックの削減等の最適化を目指して,それらのアルゴリズムを開発しています.
  • SFC(Service Function Chaining)において,SF(Service Function)の割当先決定や,SF自体のスケジューリングアルゴリズムを研究しています.独自に開発したシミュレータによる性能検証,及びワークフローエンジンSFlowで有用なスケジューリングアルゴリズムの開発を行っています.
  • 仮想ファンクションをクラスタリングしてスケジューリングするアルゴリズムであるSF-CUV(Shareable Functional task Clustering for Utilizing Virtualized resources)を提案し,複数タスクをコンテナにまとめて一つのノードで処理させるという,タスク共有によって実行ノード数,並びに応答時間を効率よく小さくすることができました.

情報指向ネットワーク
  • ICN(Information Centric Networking)によってSFCを実現するためのアルゴリズムを開発しています.ファンクション自体に名前を付与し,名前ベースでファンクションを呼び出し,そしてキャッシュされた入力データを用いることで,遅延の少ない,より柔軟な処理が可能になることが期待されます.
  • ICNにおいて,独自に開発したシミュレータを用いて様々なアルゴリズム(ルーティング,キャッシュ配置等)を検証しています.
  • キャッシュ溢れが起きた際のキャッシュ置換アルゴリズムや,Breadcrumbsの自律管理を開発しました.
  • SFlow上で,ICNベースによるファンクションチェイニングを実装しました.集中管理によってスケジューリングした結果通りのチェイニングを行う手法や,各ノードがFIBからファンクション割当先を決める自律チェイニングを開発しました.

Peer-to-peer及びGridコンピューティング
  • 管理ノードのいない,いわばすべてのノードが対等な関係で,かつ自律的に動作するネットワークで,並列分散処理を行う機構を研究しています.そのためには,各計算機の特性(処理速度や帯域幅等),及び処理するジョブのタイプを考慮したスケジューリングアルゴリズムを研究します.
  • 自律的に動作するネットワーク,つまりオーバーレイネットワークにおいて,公平なジョブの実行を目指すための仕組みを研究しています.IPFS(InterPlanetary File System)上で,分散ハッシュテーブル(DHT)であるKademliaの検索性能の向上を狙ったアルゴリズムであるKadRTTや,Kademliaにおける検索パラメータの自動最適化手法を提案しました.

大規模データ並列処理基盤
  • 大規模データの並列処理基盤であるMapReduce, Sparkにおいて,処理の前に入力データ数,計算機数の最適化アルゴリズムを研究しています.これらはネットワーク通信が発生するため,並列処理に置いてスケールするわけではありません.すなわち,処理対象となるジョブやネットワーク帯域,各計算機の性能,入力データサイズを考慮して,処理を行う計算機群の部分集合を決めるための研究です.
  • MapReduceのShuffle処理において,ボトルネックを解消するための仕組みを考えています.

Research Experience

  • 2024.04
    -
    Now

    Waseda University   Global Education Center   Associate Professor

  • 2018.04
    -
    2024.03

    東京工科大学大学院   バイオ・情報メディア研究科 コンピュータサイエンス専攻 博士後期課程   講師   専任講師

  • 2018.04
    -
    2024.03

    Tokyo University of Technology   School of Computer Science Department of Computer Science   Lecturer

  • 2018.04
    -
    2024.03

    Tokyo University of Technology   of Bionics, Computer and Media Sciences, Graduate School

  • 2014.04
    -
    2018.03

    Waseda University   Global Education Center

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Committee Memberships

  • 2018.06
    -
    Now

    電子情報通信学会  通信方式研究会(CS研)専門委員

  • 2018.06
    -
    Now

    電子情報通信学会  情報ネットワーク研究会(IN研)専門委員

  • 2018.06
    -
    Now

    電子情報通信学会  英文論文誌B 編集委員

  • 2012.04
    -
    Now

    Session Chair the Special Session in NCSP

  • 2012.04
    -
    Now

    Session Chair the Special Session in NCSP

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Professional Memberships

  • 2012.04
    -
    Now

    信号処理学会(RISP)

  • 2011.04
    -
    Now

    IEEE

  • 2007.04
    -
    Now

    電子情報通信学会

Awards

  • 電子情報通信学会ソサエティ大会 英語セッション奨励賞

    2013.09   電子情報通信学会  

  • IEEE ICACT (Internatioal Conference on Advanced Communication Technologies)2013にてOutstanding Paper Award受賞

    2013.03   IEEE ICACT (Internatioal Conference on Advanced Communication Technologies)2013  

     View Summary

    応募者が主筆の国際会議論文である"Effective Use of Computational Resources in Multicore Distributed Systems"において受賞した.

 

Papers

  • D2EcoSys: Decentralized Digital Twin EcoSystem Empower Co-Creation City-Level Digital Twins

    Kenji Kanai, Hidehiro Kanemitsu, Taku Yamazaki, Shintaro Mori, Aram Mine, Sumiko Miyata, Hironobu Imamura, Hidenori Nakazato

    IEICE Transactions on Communications   E107-B ( 1 ) 50 - 67  2024.01  [Refereed]  [Invited]

    DOI

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    3
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    (Scopus)
  • Lookup Parameter Optimization for Kademlia DHT Alternative in IPFS

    Hidehiro Kanemitsu, Kenji Kanai, Hidenori Nakazato

    2023 IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops (IPDPSW)     905 - 913  2023.05  [Refereed]

    Authorship:Lead author

    DOI

  • KadRTT: Routing with network proximity and uniform ID arrangement in Kademlia

    Hidehiro Kanemitsu and Hidenori Nakazato

    Proc. of IFIP Networking 2021    2021.06  [Refereed]  [International journal]

    Authorship:Lead author

  • A containerized task clustering for scheduling workflows to utilize processors and containers on clouds

    Hidehiro Kanemitsu, Kenji Kanai, Jiro Katto, and Hidenori Nakazato

    The Journal of Supercomputing   77 ( 11 ) 12879 - 12923  2021.04  [Refereed]  [International journal]

    Authorship:Lead author

    DOI

    Scopus

    2
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    (Scopus)
  • IoT-centric Service Function Chaining Orchestration and its Performance Validation

    Hibiki Sekine, Kenji Kanai, Jiro Katto, Hidehiro Kanemitsu, Hidenori Nakazato

    Proc. IEEE CCNC2021    2021.01  [International journal]

     View Summary

    In order to simplify deployment and management of IoT services, Network Function Virtualization (NFV) and Service Function Chaining (SFC) are promising solutions, and much researchers have conducted these topics. To enhance the reliability of former research efforts, in this paper, we propose an orchestration framework for IoT-centric SFC by using Docker and Kubernetes. The framework enables an automatic IoT service deployment by satisfying service requirements and computing and network resource constraints. In such deployment, we apply a Virtual Network Function (VNF)/Service Function (SF) placement problem to achieve efficient utilization of the resources. We set an objective function as minimizing both numbers of SF instances and communications and build a mathematical model based on Integer Linear Programming (ILP). To validate it, we implement a model for the framework and evaluate the performances by carrying out a numerical evaluation and a real experiment. From the evaluation results, we confirm that the proposed approach can reduce the number of SF placements and the number of communications among SF instances.

    DOI

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    4
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    (Scopus)

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Presentations

  • IPFSにおけるコンテンツ検索の性能改善

    金光 永煥,金井 謙治,中里 秀則  [Invited]

    電子情報通信学会第21回ICN研究会 

    Presentation date: 2022.05

  • InterPlanetary File System (IPFS) の紹介

    中里 秀則,金光 永煥  [Invited]

    電子情報通信学会総合大会 

    Presentation date: 2022.03

  • ThingVisor Factory: クラウドネイティブな IoT サービス構築システム

    金井 謙治,中里 秀則,金光 永煥  [Invited]

    電子情報通信学会2021年ソサイエティ大会 

    Presentation date: 2021.09

  • Toward autonomous container-based task scheduling for efficient IoT processing

    Hidehiro Kanemitsu  [Invited]

    EEECS2020 

    Presentation date: 2020.12

     View Summary

    Current information processing pardaigms handle IoT data, multimedia streams, large volume file, and so on. Objectives of such information processing involeves data analysis, data format transformation, and calcuration. In IoT systems, various kinds of data should be processed efficiently in heterogeneous systems across regions to share information sharing, e.g., among smart cities. As for the processing system, a virtualized environment such as cloud and container-based ones have been adopted for utilize application processes among computatinal resources. Thus, one of current and future issues in terms of various data processing models is how each "task" should be processed across heterogeneous virtualized systems. In this presentation, I introduce our research topics for container-based task allocation and scheduling schemes on multiple clouds. The topic includes algorithms for chaining each container-based service function (SF) in order to process IoT data efficiently.

  • ファンクション集約によるサービスファンクションのスケジューリング

    <U>金光 永煥</U>,金井 謙治,甲藤 二郎,中里 秀則

    電子情報通信学会CS研究会 

    Presentation date: 2019.09

     View Summary

    本稿では,サービスファンクションの集約に基づくファンクションの計算資源への割り当て,及びスケジューリング手法を提案する.従来のファンクション配備・スケジューリング手法では,残余処理能力,及び空き時間スロットを持つ計算資源へファンクションを割り当てている.その結果,従来手法では多くの計算資源へファンクションが割り当てられ,計算資源が枯渇する問題がある.そこで提案手法ではファンクション集約によって実行粒度を上げ,かつファンクション同士を共有することによってファンクション及び計算資源を有効利用する手法を提案する.実験の結果,応答時間,使用資源数,ファンクション共有数の向上が認められた.

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Research Projects

  • IoTネットワーク上の柔軟かつ自律的な情報検索を用いたタスクスケジューリング

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    Project Year :

    2024.04
    -
    2027.03
     

    金光 永煥

  • Development of Mobility Support Technology for Video Streaming over Content Centric Networking

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research

    Project Year :

    2020.04
    -
    2023.03
     

  • RFP-7: Multi-Level DHT Design and Evaluation

    Protocol Labs 

    Project Year :

    2020.10
    -
    2022.06
     

    金光 永煥

  • Study on Resource Utilization with Virtualized Function Clustering among Clouds

    Project Year :

    2019.04
    -
    2022.03
     

  • スマートシティアプリケーションに拡張性と相互運用性をもたらす仮想IoT-クラウド連携基盤の研究開発(Fed4IoT)

    総務省 

    Project Year :

    2018.04
    -
    2021.07
     

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Misc

  • ICN-SFCにおけるタスク実行ノードの重複回避法の一考察

    川端 風矢,金光 永煥

    信学技報    2022.07  [Domestic journal]

  • A Routing Method Considering Content Server Mobility in a Tree-Structured Mobile Network over CCN

    中川佑人, 花田真樹, 金光永煥

    電子情報通信学会技術研究報告(Web)   122 ( 407(IN2022 65-125) )  2023

    J-GLOBAL

  • A Routing Method Considering Content-Server Mobility in Tree-Structured Mobile Network over CCN

    中川佑人, 花田真樹, 金光永煥

    電子情報通信学会大会講演論文集(CD-ROM)   2023  2023

    J-GLOBAL

  • Beyond 5G実現を加速させるWeb3に基づく共創型デジタルツインに関する研究開発—Research and Development of Co-creating Digital Twins using Web3 Technologies to Accelerate Beyond 5G—放送技術

    金井 謙治, 山崎 託, 宮田 純子, 金光 永煥, 峯 荒夢, 森 慎太郎, 中里 秀則

    映像情報メディア学会技術報告 = ITE technical report   46 ( 36 ) 1 - 6  2022.11

  • 効率的な計算リソース運用を実現するネットワーク内分散処理の性能評価

    村山 知輝,金井謙治,金光 永煥,甲藤 二郎,中里 秀則

    信学技報    2022.07  [Domestic journal]

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Syllabus

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Internal Special Research Projects

  • ワークフロースケジューリングにおける計算資源の事前選択の研究

    2017  

     View Summary

    本研究では,並列分散処理環境におけるワークフロー型ジョブを効率よくスケジュールするための計算資源の自薦選択手法を開発した.ワークフロー型ジョブのタスクスケジューリングにおける既存手法では,計算資源を全て割り当て対象とするという想定でスケジュールを行う.その結果,複数ジョブをスケジュールする際には資源の枯渇が発生するという問題があった.そこで,本研究では,各ジョブで用いる資源を限定しつつ,全体としての応答時間の最小化,及び実行の公平性(slowdown)の最適化を実現するための資源事前準備アルゴリズムを開発し,シミュレーション及び実環境において有効性を確認した.

  • 大容量データ処理時の計算資源の有効利用を目的としたタスクスケジューリング

    2016  

     View Summary

    本研究では,ワークフロー型ジョブにおけるタスクスケジューリング手法,及びスケジュール前の計算資源の選択手法を開発した.スケジューリング手法では,タスクどうしをまとめて大きな実効粒度とし,各計算機への割り当て及ぶ実行順決定のアルゴリズムを提案した.特に不均一性能である各計算機へ割り当てる仕事量の下限値を数学的に導出し,その有効性をシミュレーションによって示した. 一方,計算資源の事前選択手法では,既存のリストスケジューリングアルゴリズムのタスク選択基準を考慮して応答時間を最小化し得る計算機の選択手法,及び計算機間での公平な実行が達成できることを示した.

  • 大容量データ処理時の計算資源の有効利用を目的としたタスクスケジューリング

    2015  

     View Summary

    &nbsp;本研究では,同時複数処理可能な計算機が分散された環境における,計算資源の有効利用を目的とした資源割り当て手法を開発した.特に,計算資源を枯渇させずに自動的に効率良く処理させる方法,すなわち各計算機にどの仕事をどの程度の大きさで割り当てるべきかを理論的に確立した.さらに,実行に必要な計算機を自動的に選択し,そしてその計算機に割り当てる処理単位の生成,及びその大きさを導出するための基準,タスクスケジューリングアルゴリズムを確立した.従来のタスクスケジューリング手法との比較により,大容量データ転送を含むジョブであれば特に応答時間の短縮,さらには計算資源の有効利用できることが確認された.

  • 並列処理可能な計算資源を有効利用するためのジョブ並列化

    2012  

     View Summary

    本研究では,同時複数処理可能な計算機が分散された環境における,計算資源の有効利用を目的としたジョブ並列化手法に取り組んだ.主に,複数のプロセッサが存在する計算機を想定した上で,割り当てるべき処理単位(クラスタ)の選択,及び割り当て先プロセッサを理論的に導出する手法を検討し,最終的に「Cluster Remapping」というアルゴリズムを開発した.これは,一度コア(プロセッサ)に割り当てられた処理単位(クラスタ)を,応答時間のさらなる短縮のために他のプロセッサへ再割り当てを行うものである.このアルゴリズムには,主に2つの処理ステップから構成される.第一ステップでは,再割当てを行う処理単位の選択である.応答時間を支配している(応答時間を決める実行経路上にあるタスクを保持し,さらに応答時間の占める割合の大きい)クラスタを選択する.第二ステップでは,第一ステップで選ばれたクラスタの割り当て先コア(プロセッサ)を選択する.この選択では,主にクラスタの移動によって通信の局所化が行われ,かつそのクラスタの実行時間が抑えられるようなコア(プロセッサ)を選択する.この2ステップの結果を元にして,クラスタの再割当てが行われる.シミュレーションによる実験の結果,自身のこれまで想定していた単一プロセッサ計算機環境よりもプロセッサ当たりの速度向上に対する貢献度が向上することが確認された. 本研究の貢献は,不均一なマルチコアPC環境においてジョブ実行の際に使用するコア数(またはプロセッサ数),各コアに応じた処理単位の大きさ,割り当て先コア(プロセッサ)を自動的に決定させるための一つの理論体系を構築したことである.さらに,計算資源の有効利用という目的の下,非循環有向グラフのタスクグラフというタスクスケジューリング分野において未だ十分に議論されていないジョブモデルを扱っており,この分野における新たな枠組みを提案したことになる. 本研究で得られた結果を元に,今後はより現実に即した処理モデルを想定した上で,計算資源の有効利用を達成させる手法を検討する.