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講演資料 - 電子情報通信学会
ユビキタスネットワーク実現に向けた P2Pユニバーサルコンピューティング・ コンソーシアム(PUCC)の活動について 平成18年3月26日 (株) NTTドコモ ネットワークマネジメント開発部 石川 憲洋 ([email protected]) 講演内容 １．ユビキタスネットワークの展望 ２．ユビキタス通信環境に向けたデファクト化 P2Pユニバーサルコンピューティング・コン ソーシアム（PUCC）の活動について 2 １. ユビキタスネットワークの展望 ユビキタスとは何か？ ユビキタス（Ubiquitous）とは．．． どこでも、どこにでもある、至るところにある （難しく言うと）遍在する どこでもネットワーク、どこでもコンピュータ、どこでもドア．． 似たような言葉は．．． Pervasive（普及する、浸透する） Ambient（周りを取り巻く、環境としての） Sentient（知覚する） Invisible（目に見えない） 4 インターネットからユビキタスネットワークへ インターネット ユビキタスネットワーク 何がつながる？ コンピュータ（サーバ、PC など）、 コンピュータ（サーバ、PCなど）、 携帯電話（モバイルインターネット） あらゆる「もの」 （つながらないものは？） どのようにつな がる？ 人が介在してＰＣ、携帯電話から利用 クライアント・サーバ型 ネットワークは固定的 -携帯電話の移動は、移動通信ネット ワークで管理 もの同士が勝手に（自律分散的に）通信 ピアツーピア型 ネットワークは流動的 -アドホック（その場限りでネットワー ク） -モバイル（人も物も動く） 情報はどこにあ る？ ＤＢサーバ、WWW サーバで集中管理 ＤＢサーバ、WWWサーバで集中管理 あらゆるものが（自律分散的に）自分の 情報を管理（超分散管理） 情報をどのよう に収集する？ 人が介在して、ＤＢサーバ、WWW サー 人が介在して、ＤＢサーバ、WWWサー バに投入 ものが自律分散的に情報収集 ものはセンサノード（RFID リーダ、 、GPS、 ものはセンサノード（RFIDリーダ GPS、 カメラ等） 情報にどのよう にアクセスす る？ 携帯電話、PC を利用して、WWW WWWサー サー 携帯電話、PCを利用して、 バにアクセス 必要な情報は、その場で状況に応じて （コンテキストアウェア）、ものから直 接入手（ローカル通信、プッシュ通信） 5 ユビキタスネットワークの技術背景 「もの」のコンピュータ化 ネットワーク環境の多様化 ローカル・ワイヤレスネットワーク技術の進展 センサーネットワーク技術の進展 6 「もの」のコンピュータ化 ＰＣ（数億台）、携帯電話（十数億台）、デジタル／白物家電、デジカメ．．． コンピュータ化された「もの」は必然的にネットワーク化される 7 ネットワーク環境の多様化 インターネット、モバイルネットワーク（携帯電話）に加え、ホームネットワー ク（DLNA、IEEE 1394、ECHONETなど）、センサーネットワークなどが出現 これらのネットワークでは、IP通信だけでなく、非IP通信も使用 インターネット ホーム ネットワーク センサー ネットワーク モバイル ネットワーク ユビキタス通信環境 8 ローカル・ワイヤレスネットワーク技術の進展 規格名 通信速度/帯域 通信距離 標準化 特徴 IrDA 115.2kbps∼4Mbps 0.2m∼4m Infrared Data Association v1.0 (115.2kbps/1m)、v1.1 (4Mbps/4m)、v1.2 (低消費 電力、115.2kbps/0.2m) Bluetooth 1MBps(v1.0 - 1.2) 3∼10Mbps(v2.0) /2.45GHz帯 10m/100m Bluetooth SIG IrDAに比べると低消費電力 ZigBee 250kbps/2.45GHz 30m以下 ZigBee Alliance Bluetoothよりも更に低消費 電力 無線LAN 11Mbps(b)∼ 54Mbps(a/g)/5GHz 帯(a) 2.4GHz帯 (b/g) 10m∼100m IEEE802.11 (Wi-Fi Alliance) 802.11n（100Mbps∼）を 検討中 UWB 100Mbps以上 10m未満 IEEE802.15.3a (Multiband OFDM Alliance ) Wireless USBやWireless 1394 の物理層として採用予定 WiMAX 70Mbps以下/2G∼ 11GHzの範囲内 48km以下 IEEE802.16 (WiMAX Forrum) 中距離無線規格 9 センサーネットワーク技術の進展 センサーネットワークの構成要素 センサー（環境をセンシング） RFID、非接触ICカード(Felicaなど)、温度／音／圧力／照度／煙／赤 外線／位置センサー、医療用センサー、カメラなど ノード（センサーを制御し通信機能を持つ小型デバイス） 組込Linux機器(CerfCube)、TinyOS端末(mote)、μTRON端末 ネットワークプロトコル 物理層/データリンク層：IrDA、Bluetooth、ZigBee、短距離無線 ネットワーク層：IETF MANET(AODV/DSR/OLSR/TBRPFなど) ミドルウェア TinyDB、SensorWareなど アプリケーション 環境モニタリング/セキュリティ/トレーサビリティ/ヘルスケア 10 ユビキタスネットワークにおける携帯電話の役割 ユビキタスネットワーク環境では「ひと」も重要な構成要素 「ひと」はどうやってユビキタスネットワーク環境と通信するの？ 携帯電話はユビキタスネットワーク環境における「ひと」の分身？ 携帯電話はユビキタスネットワーク環境のどこでもドア 「ユビキタスネットワーク環境における携帯電話」＝ 現在の携帯電話＋ＩＣカード＋ローカル・ワイヤレス通信＋ ．．． 11 ユビキタスアプリケーションイメージ - ショッピング店舗内での様々な機器や顧客間の通信 •携帯電話に保存された個人データを用いて買い物を支援 •センサーを利用した商品の在庫管理 •お店から顧客の携帯電話にクーポンを配信 商品監視 商店 商品検索 位置センサ センサー ノード RFID タグ RFIDリーダ 誘導 加速度センサ 在庫管理 センサネットワーク 12 ユビキタスアプリケーションイメージ - ホーム ユビキタス環境における情報家電サービス ● リモートセキュリティシステム ● リモート家電制御 ● ビデオストリーミング配信 情報家電のリモート制御 (ビデオの録画予約等） 来訪者（画像） の通知 ECHONET モバイルネットワーク インターネット IEEE1394 ビデオの 配信要求 ビデオ 配信 ホームネットワーク 無線LAN ホットスポット 無線LANホットスポット 13 ユビキタスアプリケーションイメージ - エンターテイメント 新宿の映画館 渋谷のカフェ 映画広告 オークション チケット発行 ホットスポット ホットスポット 映画広告 クーポン 映画チケット カフェの クーポン 出品 映画チケット 宣伝 映画広告 カフェに移動 エリア（ホットスポット）間を移動するユーザに対して連携したサービスを提供する 映画館 カフェクーポンの発行、映画チケットの発行、映画広告の取得 ⇒カフェへ移動 カフェクーポン利用、映画チケットのオークション出展、映画広告の配信 14 ユビキタスネットワークの技術課題 ユビキタスネットワーキング技術 センサーネットワーク技術 ユビキタス情報管理技術 リソース発見技術 15 ユビキタスネットワーキング技術 オーバレイネットワーク技術 IPネットワーク（インターネット）と非IPネットワーク（ホームネットワーク、センサーネット ワークなど）のシームレス通信 P2Pネットワーキング技術（サーバを前提としないネットワーキング） アドホックなネットワーキング技術（その場限りのネットワーク） 「もの」の発見と動的なルーティング、位置情報を利用したルーティング ネーミング（どのように「もの」に名前を付けるか） ネットワーク非依存（DNSはインターネット依存） 集中管理 <-> 自律分散（URI/URN/URL、RFIDタグID、UUID、公開鍵ベースなど） 匿名性 <-> 可読性 ルーティングとの関係（名前を利用したソースルーティングなど） セキュリティ、プライバシー アドホックなネットワーク環境のセキュリティ ＰＫＩを利用できないネットワーク環境での認証、暗号化 「もの」とトレーサビリティとプライバシー保護 16 センサーネットワーク技術 アプリケーション技術 イベント駆動型ソフトウェアアーキテクチャ（分散スクリプトなど） 汎用センサーミドルウェア技術（TinyDB、SensorWareなど） コンテキストアウェアネスフレームワーク（Sentient Computingなど） セキュリティ技術 低コストでリアルタイムな高速認証技術 サーバレスなセキュリティ技術 自律分散ネットワーキング技術 自律的なセンサーデバイスの分散協調制御技術（メディアアクセス制御、電力制御など） 自律的なネットワーク構築技術（Active Networkなど） 低電力技術 高効率プロトコル（データ配信／収集など） 効果的なセンサーノードの配置方式 省電力プログラム実行環境（センサー向けリアルタイムOSなど） 省電力デバイス（Intel moteなど） 17 センサーネットワークの構成イメージ ■センサーネットワークアーキテクチャ サーバ サーバ (Linux/Windows) パワー センサー（例：CerfCube、 Xscale400MHz/64MB RAM/Linux) マイクロセンサー（例：Intel motes、 132KB RAM/512KB Flash/ZigBee[40Kbps]) SQLベースのセンサーI/F （TinySQLでセンサーデータを 取得） Query送信 セキュリティカメラ ユーザーがSQL likeなク エリを投入 ■センサーミドルウェア パワーセンサーNW RDIFリーダー Query/Trigger センサーネットワーク TinyDB 比較的能力の高いセンサー ノード（組み込みLinux機器 など）により構成 Data TinyDB：仮想センサーDB TinyDB (Intel/MIT)：センサーネットワーク を仮想データベースと見なして利用 マイクロセンサーNW Data収集 バッテリー動作の超小型セン サーノード（Intel moteなど） により構成 18 ユビキタス情報管理技術 情報管理 ＲＤＢサーバ(集中管理) -> Webサーバ（分散化） -> ？？？ 情報検索 検索言語（SQL） -> キーワード検索（Google） -> ？？？ ユビキタス情報管理 「もの」の情報は「もの」自身が管理（超分散管理） 「ひと」の情報は自分で管理（パーソナル情報管理） 「もの」の情報は「もの」のメタデータ 例：「本」にアクセスすれば、本の著者、概要、値段、関連URLを入手できる 多目的ICカード： 住基カード＋パスポート＋電子カルテ＋身分証明書（会社／学校）．．． メタデータ技術を用いて記述（XML、Semantic Web/RDF、オントロジー） ユビキタス情報検索 ID検索（「もの」の名前を指定して検索）、キーワード検索、メタデータ検索（メタデータ 検索言語） 19 リソース発見技術 ユビキタス環境のリソース リソース ＝ サービス ＋ 「もの」 ＋ コンテンツ ＋．．． サービス： サービス（例：ビデオ予約）を実行するエージェント 「もの」： 家庭内の「もの」（例：冷蔵庫、照明、テレビ） コンテンツ： インターネットのコンテンツ（例：Ｗｅｂコンテンツ、マルチメディアコンテンツ） ユビキタス環境のリソース発見技術 Ｐ２Ｐリソース発見技術の応用 インデックスサーバ（Napster）、ブロードキャスト（Gnutella）、DHT(Distributed Hash Table)など ID検索、キーワード検索、メタデータ検索 20 ２. ユビキタス通信環境に向けた デファクト化 - P2Pコンソーシアム（PUCC）の活動 について コンソーシアムの概要 名称 P2P Universal Computing Consortium （略称：PUCC) 目的 同業他社、異業種他社が共同で共通の課題に対して取り組む P2Pネットワークで様々な機器を相互に接続、運用する技術を開発 R&Dを通してデファクトスタンダートとなるP2P技術の開発 デファクト化、実用化に向けた実証実験の推進 2年間で実用化可能な技術を開発 組織 慶應義塾大学、NTTドコモを中心にコンソーシアムを設立 慶応大学（齋藤信男教授、北川和裕 助教授） 参加組織 ［正会員・賛助会員］ NTTドコモ、東芝、三菱、アプリックス、エプソン、エリクソン、日 本HP、フラクタリスト、みあこネット（ＳＣＣＪ）等 ［特別会員］ 慶應義塾大学、東京大学、京都大学、静岡大学、はこだて未来大学、早 稲田大学、同志社大学、立命館大学、淑徳大学、 ASTEM等 ホームページ http://www.pucc.jp/ 22 コンソーシアムの運営 中間法人として運営 英文と中心とした技術仕様（TR）の発行 参加メンバーによるパテントの積極的な取得の推進 WGグループによる個別技術の開発 全体のアーキテクチャ、プロトコルの先行研究開発と 整合性を保つ技術仕様の検討 デファクト化、実用化に向けた実証実験の推進 23 コンソーシアムの組織構成 監査 理事会 ・ 理事長（斎藤信男慶應義塾大学教授） ・ 理事（ドコモ、日本HP、エプソン、慶應、京大、 静岡大、はこだて未来大） 技術諮問 委員会（議長：ドコモ） • 技術全体のコーディネーション • 理事会の運用支援／技術アドバイス • ドコモ、エリクソン、慶應が参加 事務局 ワーキンググループ アーキテクチャ＆ 共通プロトコルＷＧ 議長：ドコモ） セキュリティＷＧ （議長：三菱） プリンティングＷＧ （議長：慶應） 家電制御WG （議長：京大） ストリーミングWG （議長：みあこネット） 24 PUCC技術的目標 完成度の高いP2Pネットワーク技術の開発 メタデータを利用したサービスの発見、結合、移 譲を行う高機能アプリケーションの開発 実証実験によるP2Pネットワーク運用技術の確立 ２年で実用化可能な技術を開発 １年目：研究と開発 ２年目：実証実験を通して商用サービスのクオリティー へ 研究着手済み要素技術 完成度を高める 様々な機器への応用 25 携帯電話から見たユビキタスネットワーク 携帯電話を取巻く環境 携帯電話を取巻く環境 ホットスポット 情報家電 9ネットワーク環境の多様化 9ネットワーク環境の多様化 9インターネット接続（iモードなど） 9インターネット接続（iモードなど） 9 9 公衆無線LAN（ホットスポット） 公衆無線LAN（ホットスポット） 9ホームネットワーク 9ホームネットワーク など など 9 9 デバイスの多様化 デバイスの多様化 9コンピュータ（WWWサーバ） 9コンピュータ（WWWサーバ） 9携帯・携帯間通信（Ｐ２Ｐ） 9携帯・携帯間通信（Ｐ２Ｐ） 9 9 情報家電 情報家電 9 センサーデバイス（RFIDなど） 9 センサーデバイス（RFIDなど） など など インターネット 携帯電話 センサーデバイス 多様なネットワーク環境で様々なデバイス 多様なネットワーク環境で様々なデバイス との相互通信の実現が求められている との相互通信の実現が求められている 様々なデバイスとの相互通信環境の実現 P2Pによる、アプリケーションレイヤーで P2Pによる、アプリケーションレイヤーで のオーバレイネットワークの構築 のオーバレイネットワークの構築 26 P2Pネットワーキングプラットフォーム さまざまなアプリケーション センサーアプリケーション ストリーミング配信 情報家電コントロール デジタルデバイスアプリケーション ●様々なアプリケーションへの対応 ●様々なアプリケーションへの対応 ・アプリケーション拡張性 ・アプリケーション拡張性 ・Open ・Open API API ユニバーサルＰ２Ｐプラットフォーム Internet Home network Mobile network ●様々なネットワーク環境への対応 ●様々なネットワーク環境への対応 ・特定のネットワークに依存しない ・特定のネットワークに依存しない アーキテクチャ、プロトコル設計 アーキテクチャ、プロトコル設計 ●様々なデバイスへの対応 ●様々なデバイスへの対応 ・情報家電 ・情報家電 ・センサーデバイス ・センサーデバイス AdAd-hoc network さまざまなネットワーク環境 汎用的なP2Pプラットフォームの実現 27 PUCCプロトコルのアーキテクチャ 様々なネットワーク環境へ対応 (TCP/IP, Bluetooth, Sensor Network, IEEE1394など) P2Pコアプロトコル（ノードネーミング、ルーティングなど） Ｐ２Ｐシステムプロトコル、P2Pアプリケーションプロトコル P2Pシステムプロトコル P2Pセッション 制御 P2Pマルチ キャスト P2Pセキュ リティ P2Pコントロール メッセージ P2Pアプ リケー ションプ ロトコル P2Pアプ リケー ションプ ロトコル ・・・ P2Pコアプロトコル TCP IP Network Non-IP e.g. IEEE1394 / Bluetooth(L2CAP) 28 P2Pルーティング制御 ノードID（UUID）を用いたソースルーティング P2Pブロードキャストで受信ノードへの経路を探索 ノードＩＤのリストを利用して受信ノードへソースルーティング ノードCのマッピングテーブル (3)ノードIDに基づくソースルー ティングによりメッセージを送信 P2Pメッセージ 宛先：A→B→D (1)目的ノート探索メッセー ジのブロードキャスト プロトコル アドレス B Bluetooth(L2CAP) uu:uu:uu:uu:uu:uu AP ) th(L2C Bluetoo 送信ノード TCP/IP アドレス ノードID プロトコル アドレス B YYY.YYY.YYY.YYY A TCP XXX.XXX.XXX.XXX C Bluetooth(L2CAP) zz:zz:zz:zz:zz:zz D IEEE1394 NNNNNNNN ノードAのマッピングテーブル C (2)目的ノートから の返信メッセージ A アドレス解決 ノードID プロトコル TCP ノードID アドレス解決 B IEEE1 394 受信ノード D ノードBのマッピングテーブル ノードID プロトコル アドレス B IEEE1394 MMMMMMMM ノードDのマッピングテーブル 29 ホームネットワークの現状の課題 課題１ 各機器ごとに規格が異なり、機器間の接続ができない ＡＶ機器（DLNA,IEEE1394AV/C、その他独自プロトコル） 白物家電（Echonet) プリンタ・デジカメ（Pictbridge) 携帯電話で多数の規格に対応できない 課題２ 携帯電話からの統一されたリモートアクセスの手段がない 統一されたプロトコルが無い、ＮＡＴ越えの制限など 課題１ 機器毎にインタフェースが異なる A社デジタルテレビ D社情報冷蔵庫 独自プロトコル 課題２ 統一されたリモー トアクセスの手段がない Ｅｃｏｈｎｅｔ等 (Bluetooth Ethernet) DLNA, IEEE1394 AV/C等(ethernet) B社ビデオ 独自プロトコル (USB, IEEE802.xx) C社パソコン PictBridge等 (Bluetooth, USB ) ホームＮＷ × E社プリンタ ドコモNW ドコモNW ＮＡＴ等 インターネット ホットスポット 30 ホームネットワークへの適用 シームレス通信の実現 家庭内ではホームネットワークを、外出時はモバイルネット ワークを介して、様々なネットワーク環境で、シームレスに携 帯電話からの家電制御を実現 ＮＡＴ越えに対する汎用的なソリューションの提供 サーバレス通信の実現 ホームネットワーク上のデバイスの探索と発見 デバイスを記述するメタデータの利用 デバイス探索と発見のためのプロトコル 家電、携帯電話上の実装 デバイス共通の汎用的な通信ミドルウェア 31 PUCCプロトコルの適用 携帯電話から様々な情報家電にアクセスする 統一的な通信手段を提供する アプリケーション層での標準プロトコル HAVi DLNA HAVi DLNA ECHO ECHO NET NET メーカ メーカ 独自 独自 プロトコル プロトコル P2P P2P アプリケーションプロトコル アプリケーションプロトコル ECHO ECHO HAVi DLNA HAVi DLNA Sensor Sensor Ethernet Bluetooth Network Ethernet Bluetooth Network メーカ メーカ プロトコル プロトコル TCP/ TCP/ IP IP IEEE IEEE 1394 1394 NET NET 独自 独自 P2P P2P コアプロトコル コアプロトコル TCP/ TCP/ IP IP Mobile Mobile IrDA IrDA network network 従来の情報家電インフラ IEEE IEEE 1394 1394 Sensor Sensor Ethernet Bluetooth Network Ethernet Bluetooth Network Mobile Mobile IrDA IrDA network network PUCCプロトコルの適用 32 PUCCによるサービス例 携帯電話から様々なメーカの家電を利用可能 C社エアコン Ｄ社エアコン ﾎｰﾑNW 管理 A社デジタルテレビ ドコモ網 ドコモ網 D社情報冷蔵庫 ホームＮＷ B社ビデオ Ａ社テレビとＢ社 ビデオを利用し て番組再生 出張先/旅行先 C社パソコン E社プリンタ 家と同じ環境で 家電を制御 家の冷蔵庫の 中身を確認 プリンタを探して 印刷 33 PUCC成果の実用化イメージ 白物家電メーカ ホームGWメーカ 携帯電話メーカ デジタルテレビ エアコン オペレータ 冷蔵庫 ＡＶ機器メーカ ホームGW モバイルNW モバイルNW 共通プロトコル実装 ビデオ ＰＣメーカ インターネット ホームＮＷ パソコン デジカメ ホットスポット プリンタ デバイス（プリンタ、デジカメ）メーカ ホームＮＷ P2P アプリケーション プロトコル P2P アプリケーション プロトコル P2P アプリケーション プロトコル P2P アプリケーション プロトコル P2P アプリケーション プロトコル P2P 共通プロトコル P2P 共通プロトコル P2P 共通プロトコル P2P 共通プロトコル P2P 共通プロトコル IEEE IEEE 1394 1394 ＡＶ機器 IEEE TCP/ IEEE TCP/ TCP/ IP IP TCP/ IP IP Bluetooth Bluetooth Bluetooth1394 Ethernet Bluetooth Ethernet 1394 Ethernet Ethernet PC等 ﾃﾞｼﾞｶﾒ、ﾌﾟﾘﾝﾀ、携帯電話等 冷蔵庫、エアコン等 Mobile Mobile network network 携帯電話 34 PUCCソリューション（1/2） - 携帯家電連携サービス ホームネットワークの携帯電話からの遠隔制御 ホームネットワークのコンテンツの遠隔視聴 ホーム ホーム ネットワーク ネットワーク 白物家電 ECHONET インターネット インターネット 移動通信網 移動通信網 サーバ 携帯電話 ホームゲートウェイ AV機器 PUCC対応プロトコル 変 換 HTTP DLNA / IEEE1394 PDA 変 換 セキュリティ 機器 ECHONET等 ECHONET等 PUCC対応プロトコル 既存の情報家電規格 35 PUCCソリューション（2/2） - 携帯プリンタ連携サービス 携帯電話からのダイレクトプリント サーバからのレファレンスプリント レファレンスプリント ③コンテンツ転送 （HTTP) コンテンツの種類： PDF, XHTML, SVG（地図）, JPEG, vCard, vCalender, vNote, vMessage(メール） サーバ ①コンテンツ参照 （HTTP) コンテンツ 移動通信網 移動通信網 インターネット インターネット ②プリンタ制御 （PUCC) ホームネットワーク ホームネットワーク ④印刷 ③印刷 プリンタ ①プリンタ制御／ ②コンテンツ転送 （PUCC) 携帯電話 コンテンツ 通信規格：IrMC/IrSimple, USB, WiFi, Bluetooth ダイレクトプリント 36 スケジュール 2004年度 Q1 Q2 Q3 2006年度 2005年度 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 PUCCコンソーシアム 設立準備 体制整備 技術検討および実証実験 ▲ ドラフト仕様の作成 ▲ コンソーシアム仕様 の開示 ▲ デモ展示 ▲ 日経記事 ▲ 設立会合 ▲ ▲ プレスリリース プレスリリース 実証実験 ▲ プレスリリース 37 連絡先 (株) NTTドコモ ネットワークマネジメント開発部 石川 憲洋 ([email protected]) 38