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検索エンジン（google Yahoo Goo MSN Excite Infoseek …）で サーチされ PDF ファイル を直接ダウンロードされた方へ http://Marsit.info が 下 記 ホ ー ム ペ ー ジ の 入 口 で す 。 下記の メインページへ アニメで観る サブページへ 国からの委託研究報告 カードセキュリティ 提案アニメーション ダウンロード 特許明細書など のダウンロード 総務省への開発提案と評価 Ｆ／Ｓ成果報告書 １.委託事業の名称 技術分野 「ホームネットワーク構築ユニットに関する研究開発」 技術分野 ②情報通信 技術区分 ア）ネットワークがすみずみまで行き渡った社会への対応と世界市場の 創造に向けた「高速・高信頼情報通信システム」の構築 技術開発課題 ホームネットワーク構築技術、ホームサーバの構成技術 ２.委託事業の背景と提案事業の概要 （１）委託事業の背景と委託事業の概要 ■背景 1945 年、ノイマンが機械制御をプログラミングで行なえるように、オートマトンを考案しコンピ ュータの基礎が確立されました。コンピュータはノイマン型を打破するため様々な方法が試みられ、 現在、ＣＰＵ内部でパイプライン処理が施され、並列処理がされるまで発展しました。コンピュー タ同士を接続し通信する方法としては、1969 年 EIA-RS-232C が制定され、現在、１対１接続とし て最も広く普及しています。しかし、ネットワークは多数のコンピュータ同士を接続するものです。 本提案事業において、コンピュータの概念としては、パソコンだけでなく、1 チップマイコンを 含めます。従って、ネットワークはマイコンが内蔵されたあらゆる製品を接続している形態を考慮 したシステム構成とし、ネットワークを構築します。 現在、ＯＡ(office automation)，ＦＡ(factory automation)の機器分類が不明確になったよう に、ネットワークがすみずみまで行き渡った社会（以後、ユビキタス社会と称す）においては、イ ンターネット，ＯＡ用イーサネットＬＡＮ，ＦＡ用の多くの制御用ネット，ホームネットの筆頭で ある ECHONET，などの分類が不明確になり、多くのネットが淘汰されると考えられます。 ■現状・問題点 第１のプラットフォーム・ネットワークとして、インターネットが挙げられます。 インターネットの特徴は、データサーバ（データベースと最近は呼ばれている）は存在しますが、 集中した特定のネットワークサーバが存在しないことです。従って、どの伝送路が破壊されたり、 任意のノードが破壊されたりしてもネットワーク全体のシステムダウンになりません。問題点は、 IPv4 で分けられるノード数が最大 10 億台でありユビキタス社会では不足することでしょう。限界 を打破する IPv6 が考案されましたが、接続台数に制限があり、構築がより複雑になっています。 ネットワークの第２のプラットフォームは、ＯＡ用 1985 年制定の IEEE802.3 のイーサネットで しょう。しかし、データ競合回避が CSMA/CD であり、機械制御に適していません。 第３のプラットフォームは、各々のネットワーク推進者が特徴を競っている現状です。 1985 年ＯＡ用と同時に IEEE802.4 のトークンバス、802.5 のトークンリングが考案されました。 インターネット以外のネットは、ネットワークとの接続が引出し線での単線接続にも拘わらず、 何故か、ネットワークサーバ（ルータを含む）を設置しなければ、広範囲にネットワーク構築がで きないと、広報されています。おそらく、集中サーバがコンピュータの発達で安価になったことで、 ノイマン型の中央制御サーバ方式で安易に構築しようとしたからでしょう。 ■解決法 結局、インターネットを除くネットワークは、集中型ネットワークサーバ（ルータを含む）を設 置する 1945 年のノイマン型に戻ったため、ブレーク・スルーをしなければ、ユビキタス社会に対 応できるシステムになり得ないでしょう。ユビキタス社会でのホームネットワークは、 1/19 １）集中型ネットワークサーバを、完全なる分散サーバ（ルータを含む）にすること ２）現在のＣＰＵで既知技術であるパイプライン処理方式をネットワークに取り入れること ３）ネットワークに接続できる制限ノード数を撤廃すること ４）強固で簡素な通信セキュリティを構築すること になり、これらのアルゴリズムを考案しました。 インターネットは国境を越えたグローバルネットワークです。しかし、本提案事業は正反対に最 小ネットワークから研究開発を進め、成果技術を零細企業でもすぐに使えることを目的として、市 販のハード材料を使って、ホームネットワーク構築ユニットに関する研究開発を行ないます。 （２）委託事業の国が提示した課題との整合性 国が提示した区分である「高速・高信頼情報通信システム」は、前記 ２）パイプライン処理方 式により高速システムとし、前記 ４）強固で簡素な通信セキュリティにより高信頼システムとし ます。これにより、集合住宅ネットワークに広げても、個人住宅内で独立したセキュリティを確保 する機構を有するネットワークとなり、国が提示した区分に整合します。 国が提示した課題「ホームサーバの構成技術」は、前記 １）集中型ネットワークサーバを、完 全なる分散サーバ（ルータを含む）にすること、で解決します。 サーバは、データベースとネットワークサーバに分けられるが、国が提示した他の課題にデータ ベースの用語が使われており、ホームサーバは、ルータを含むネットワークサーバまたはゲートウ ェイを意味すると推察されます。ゲートウェイは、異なるネットワークを接続する機器で、構成は プロトコル変換器であり、本提案事業では、非常に単純な方法でルーティングを実現させ、サブネ ットのプロトコルに整合させます。以上の理由で、本提案事業のネットワークを構築する上で、必 要な技術である完全なる分散サーバは「ホームサーバの構成技術」に整合するでしょう。 国が提示した課題「ホームネットワーク構築技術」は、前記 ３）ネットワークに接続できる制 限ノード数を撤廃した見本ユニットを製作し、ユニットで構築可能なことを提示します。 本提案事業は、マイコンが内蔵されたあらゆる製品を接続している形態を考慮したシステム構成 としたネットワーク構築です。更に、成果技術を零細企業でもすぐに使えることを目的とするため、 現在の家庭内にある電灯・スイッチ類・電気メータ・ガスメータ・水道メータも接続したネットワ ーク構築を想定しています。従って、本提案事業のネットワーク構築技術は、集合住宅も含めて、 国が提示した「ホームネットワーク構築技術」に整合します。 ３.委託事業の内容と目標 （１）技術の内容と新規性・独創性又は改善性 次の４項目のアルゴリズムが内蔵されたユニットの技術開発です。 １）集中型ネットワークサーバを、完全なる分散サーバ（ルータを含む）にすること ２）現在のＣＰＵで既知技術であるパイプライン処理方式をネットワークに取り入れること ３）ネットワークに接続できるノード数に制限を設けないこと ４）強固で簡素な通信セキュリティを構築すること これら４項目の技術は、すべて国際特許を申請し、各々の請求項数は、４∼５です。 国際調査報告によると、各々の請求項について、過去の文献との関連は、ほとんどＡ判定（一般 的技術水準の文献しか検索できなかった）ですが、一部の請求項はＹ判定（一部関連あり、複数の 文献を合わせると新規性があるが進歩性がないと考えられるもの）でした。しかし、国際予備審査 で、1995 年∼1999 年に出願した特許については、すべての請求項について、新規性(N)・進歩性(IS)・ 産業上の利用の可能性(IA)が認められ、すべてのＹ判定が消滅しました。 すべての発明者は本提案事業の総括責任者永井裕二です。 2/19 各々の項目について、①技術の内容 ①技術の内容 ②技術の新規性・独創性 を説明します。 ■１）集中型ネットワークサーバを、完全なる分散サーバ（ルータを含む）にすること ①技術の内容 ネットワークサーバの第１の機能はデータ競合を無くすことです。第２の機能はルータになりま すが、ルーティングについてはまとめて、「■３）ノード数に制限を設けない」で説明します。 ・図１は、１つの閉鎖されたサブネットです。 ・トポロジーは、２つのネットワーク部材間を１条の伝送路でポイント・ツー・ポイント接続と なります。通信形態は、半二重通信で、通信信号の向きを変化させます。 ・ネットワーク部材は、ネットワーク外部に接続するノード、伝送路を分岐させる分岐器、伝送 路の終端に接続する終端器、の３種類です。なお、終端ノードと称して、ノードと終端器の両 機能を備える場合もあります。 ・サブネット内は、全体として、ＬＡＮの基本であるバス接続と同等の機能を有します。従って、 任意のノードから送信されたデータ列は、すべての部材に行き渡り、終端器で消滅します。 ・データ競合を無くする方法は、トークンを用いて、送信タイミングを制限します。 ・トークンの巡回は、バス接続ではなく、ポイント・ツー・ポイント接続を利用します。従って、 終端器で折り返され、ノードで通過し、分岐器で受取端子に対応する１つの端子に送出します。 以上の様に、ネットワークを構成すると、物理的な構築は、ポイント・ツー・ポイントでネット ワーク部材を接続するだけとなります。 ②技術の新規性・独創性 トークンを使うネットワークの元になる技術は、IEEE802.4 のトークンバスで General Motors 社、IEEE802.5 のトークンリングである IBM 社、です。トークンリングは現況市場では利用されて いませんが、トークンバスはＦＡ用として、FL-NET や各社の名称を冠した PLC (programmable logic circuit )における制御用ネットワークとして活用されています。 伝送路がバスであるトークンバスにおいては、すべてのノードに信号が伝達されます。従って、 トークン信号にも次のノード・アドレスを記載しなければ、正しくトークンが巡回しません。ＦＡ 用としてのネットワークサーバの主な仕事は、ノードの追加と撤去により、トークンの消滅を防ぐ ことです。しかし、本提案事業で使うトークンは、隣りに渡すだけですから、トークン信号にアド レスを記載する必要がありません。 現在のイーサネットやトークンバスは、完全なバス型です。従って、伝送路を延長すれば無制限 にノードが増えます。これ らのノード管理にサーバが 図１: データとトークンの伝播 伝送路は部材内の ロジックゲートで接続 欠かせないものと、なって ノード 01 来ました。しかし、本提案 事業で使用するバスは、終 終端 器 ノード 02 端器を設置して範囲を限定 するため、ノード管理用集 中サーバが不要となります。 分岐 器 終端 器 ノード 03 ネットワーク部材は １条のツイストペアで 接続 トークンは巡回 終端器で戻り、 分岐器で隣りに移る 国際特許はＰＣＴ／ＪＰ データはバス型 ９９／０４２８４（国際公 開ＷＯ ０１／１１８２９） で、国際調査機関および予 ノード 04 備審査で認定されました。 3/19 ノード 05 終端ノード 06 すべての部材に行き 渡り、 終端器で消滅 ■２）現在のＣＰＵで既知技術であるパイプライン処理方式をネットワークに取り入れること ①技術の内容 現在のイーサネットやトークンバスは、完全なバス型です。従って、バスに接続されている１つ のノードがデータ信号を送信すれば、他のノードはデータ信号を送ることができません。まさに、 ノイマン型で同時処理が出来なかったＣＰＵバスに似ています。 高速通信は、通信速度を上げること、多重変調（ＱＡＭ：quadrate amplitude modulation）な どで、対応してきました。本提案事業で使う高速・多重にする方法は、ＣＰＵのパイプライン処理 手法を、サブネットの伝送路に適用させます。 ・図２は、１つの閉鎖されたサブネットの信号伝播を時間軸で示したダイヤ・グラムです。 ・データ送出タイミングは、トークンの保有の有無で決めません。通信は半二重です。伝播進行 方向でデータ送信を行ないます。 ・データ進行方向を変えるのが、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝです。処理方法はシンプルです。 ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝが到来した端子を出力に、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝを送出した端子を入力にする。但し、ﾄﾘｶﾞｰ･ ﾄｰｸﾝを保有する機能を持ってはならない。 ・データの転送や送信もシンプルです。 端子が出力状態ならば、データを何時でも送信できるが、現在転送中の信号は中断させない。 入力端子から入って来たデータ列が自己宛でなければ出力端子に転送させる。なお、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰ ｸﾝは保有せずに転送させる。 ・データやﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝをノードが保有することもありますが、出力端子に同時に多くの信号を乗 せられないための待機です。待機はＦＩＦＯメモリを使います。ＦＩＦＯメモリの容量は、デ ータ長の２倍以上あれば充分です。 以上の様な処理機構を、ネットワークのノードに搭載することで、同時刻に、異なるデータが異 なる伝送路に流れ、その状態がパイプラインの如く、伝播進行方向に移動します。 ②技術の新規性・独創性 高速通信を行なう手法として、サブネットシステム全体でパイプラインとすることで効率を上げ ることは、本提案事業の総括責任者である永井裕二以外は考え着かなかった様です。 伝送路効率の計算は、パイプラインの効率計算式と同等になります。従って、サブネットを構成 するノードが５０個であれば、伝送路数が４９本となり、最大伝送路効率は 4900％になります。従 路で通信する簡単なホーム ネットワークとしても、全 図２: データとﾄﾘｶﾞｰ・ﾄｰｸﾝの伝播 ノード内のFIFOﾒﾓﾘで追突防止 ﾄﾘｶﾞｰ・ﾄｰｸﾝで伝播方向を転換 node 11 体として、実質４Mbps のイ ーサネットやトークンバス で、国際調査機関がすべて 時間軸 国際特許はＰＣＴ／ＪＰ 開は、2002 年５月の予定） node 13 ﾄﾘｶﾞｰ・ﾄｰｸﾝは隣りに送られる と同等になります。 ００／０７３９４（国際公 node 12 追突防止 追突防止 伝播は右向き 伝播は左向き の請求項でＡ判定（一般的 追突防止 node 14 データ消滅は、 受信ノードまたは終端器 いまして、100Kbps の伝送 技術水準の文献しか検索で きなかった）としました。 優先順位 (ノード13の例) ; 端子から出て行っている信号> 転送データ > 送信データ >ﾄﾘｶﾞｰ・ﾄｰｸﾝ 4/19 ■３）ネットワークに接続できるノード数に制限を設けないこと ①技術の内容 ユビキタス社会においては、個人の持ち物に内蔵している１チップのマイコンも含め、すべての コンピュータが接続・構築される必要があります。本提案事業で使うアドレス構成は、一般人の公 衆電話番号の概念、「国番号―市外番号―局番号―電話番号―内線番号」と同値であり、最も多用 する電話番号は「局番号―電話番号」などです。本提案事業のルーティングも同様に一部のアドレ スで相手と接続する相対アドレス方式とします。 ・図３は、１つの閉鎖されたサブネット内のアドレスを 01,02,･･･,63 として、多層接続したホ ームネットワークの構築例です。（サブネット内の接続は、図１参照） ・ＷＡＮは、全二重通信で、図１で示した一般ノード同士を接続します。 ・階層ＷＡＮ接続は、[上位ノード 63 番以外]＝[下位ノード 63 番] です。 ・ＷＡＮバイパス接続は、[ノード 63 番以外]＝[ノード 63 番以外] で、階層は無視されます。 ・絶対アドレスは、公衆電話番号構成と同様です。（表１参照） 表１：アドレス構築 ・相対アドレスは、送信元から宛先へのルートを示し、 絶対アドレスは “送元”“宛先”の絶対アドレスから算出します。 例えば、“送元（店舗 60）： 20-03-60 ” “=WAN=63”を “-”で表現 “宛先（工房 05）： 20-50-05 ”のとき、 Ａ宅42 ： 10-42 離れ02 ： 10-42-02 Ｂ宅03 ： 20-03 2）合成：宛先を送元に挿入 店舗60 ： 20-03-60 変更：送元の最下位以外を 63 にします。_63_50_05/60 工房05 ： 20-50-05 ・ルーティングは表２の様に、相対アドレスを左ローテイトし Ｃ宅04 ： 30-04 先頭を廃棄して記号“*”付き自己番号を追加します。 相対アドレス（ルート）は ②技術の新規性・独創性 表２：ルーティング例 _出口_出口･･･_出口_宛先/送元 本提案事業でのゲートウェイ・ 店舗60 _63_50_05/60 離れ01 → Ｃ宅04 サーバは、各ノードに左ローテイ 廃棄 追加 _63_63_30_04/01 Ｂ宅03 _50_05*03/60 トの機能を持たるだけです。 Ｂ宅03 → Ｃ宅04 国際特許はＰＣＴ／ＪＰ９５／ 廃棄 追加 _63_30_04/03 工房63 _05*63*03/60 _50_40_04/03 (バイパス) ００６５３(国際公開ＷＯ ９６／ 工房05 Ａ宅50 → 離れ01 ３１９６８）で、国際調査機関 _63_03_60/03 _42_01/41 で返送 および予備審査で認定されました。 1）整理：先頭から同一番号削除 送元 03-60、宛先 50-05 図３: 多層ホームネットワークの構築 （１つのサブネットのノードアドレス＝01,02,･･･,63） ＷＡＮ：上位層接続用 町内ネット 10 五丁目 63 ＷＡＮ ホームネット 01 63 41 Ａ宅 従属ネット 離れ住宅 ＷＡＮ 50 42 63 03 50 63 01 63 ＷＡＮ ＷＡＮ 01 04 Ｃ宅 Ｂ宅 ＷＡＮ 02 30 ＷＡＮ 01 01 20 63 店舗 60 63 工房 5/19 05 40 ＷＡＮ： バイパス 51 ■４）強固で簡素な通信セキュリティを構築すること ①技術の内容 ホームネットワークの構築部材は、分散サーバ機能を有する下記の３種類と伝送路になります。 １）ノード：２端子ノード、終端ノードの２種類があります。 家庭内機器に組み込まれるのがユビキタス社会での基本形です。 ２）終端器：伝送路の終端器、終端ノードの２種類があります。 ３）分岐器：伝送路はポイント・ツー・ポイント接続です。分岐器を伝送路に挿入することに よって、直線状ノード接続を、網状ノード接続に広げます。 上記の３種の部材は、いずれも伝送路に接続する部材であり、１つの電子基板をスイッチ(SW) によって機能を規定すれば、ユーザが何種類も購入する必要がなくなります。 図４は、組み込み分散サーバ付きノードユニットです。 組み込みμＣＰＵをデータ送信・転送・受信サーバとし、送信元ノードが発信したメッセージを 必要な部材間で転送を繰り返し、最後に、宛先ノードに届けるシステムです。国際特許において、 Message Access and Repeat Server と命名し、省略文字 MARS が認知されました。 MARSμCPU と外部端子Ｃ 図４:ネットワーク部品構成 C のデータ整合用ＬＳＩです。 ホームネットワークにおい て、最も小さな制御は、階段 M PU etc L1 SW で機能設定 L1 ＳＷ 図４において、MPU etc は、 ２端子ノード L2 終端ノード器 分岐器 μＣＰＵ L0 電灯の点灯／消燈です。この L3 W トがあれば、制御できます。 終端ノード器 C ーを搭載した MARS ユニッ WAN 端子C の用途 WAN に合わせ開発 LAN 不要 端子間のデータ（ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝ）の流れ ２端子ノード ニット、階段電灯通電用リレ L3,W LAN 終端 LAN 端子C の用途例： PLC入出力, 家庭内機器, RS-232C 場合、端子Ｃに外部スイッチ を接続した２つの MARS ユ C M PU 分岐器 M PU L1 MPU／etc L2,L0 LAN LAN LAN L2 外部スイッチ情報は MPU L1 L1 L2 Ｘ Ｘ L0 etc で成形され MARSμCPU に送られ、受信 MARSμCPU が MPU etc でリレーを動か し、階段電灯の点灯／消燈をさせます。 データの転送は、前頁の表１,２記載し W W 図５: MARSノード内部の詳細なデータ転送 Code1byte＋先頭address1byte 図４の下部に MARSμCPU 内部のデ ２端子ノード例 7,6bit たアドレス先頭１バイトと、データ性質 を示すコード１バイトで、決定します。 L3 00 01 10 11 は は は は アドレス Ｗへ 送信 Ｌ１へ送信 Ｌ２へ送信 Ｌ１ および Ｌ２へ送信 C L1 L2 C W W ータ内部の流れを、図５に更に詳細に記 載しました。 コード１バイトの内４ビットおよび、 Code1byte＋先頭address1byte 5,4bit 7,6bit アドレス アドレス部１バイトで、ゲート通過のル C L1 00 は Ｌ および Ｃ へ転送 01 は Ｌ へ転送、更に、 自己宛なら Ｃ へも転送 (L2) 10 は 自己宛以外なら Ｌ へ転送 W 自己宛で 7,6bit ＝ 00 ならば Ｗ へ転送 ≠ 00 ならば Ｃ へ転送 11 は Ｃ へ転送 ーティングが完了します。 なお、アドレス１バイトの第 7,6bit は 表１,２の“_”を 00、“*”を 01、 “/”を 11、として規定し、残り６ビット で、01∼63 個のアドレスとします。 6/19 L2 (L1) ホームネットワークの制御は、前述の階段電灯の点灯／消燈、エアコン・風呂などが主な用途に なりますが、その他の制御として、農家のハウス栽培管理、養鶏場の肥育管理、店舗付住宅などの 商品用ＰＯＳシステムなどの管理、零細企業のものづくり機械制御など、多種類の通信を実現する 必要があります。また、映像・音声機器の通信や白物家電の通信もあります。 これら雑多な通信を担うホームネットワークは、フレーム・フォーマットを出来るだけシンプル にする必要があり、図６に示しました。 図６のフレーム・フォーマットは、データ長の記載を必要としません。 転送データの終了の検出方法は、固定データ長方式（ATM や ARCNET など） 、データ長の記載 量だけ受信する（イーサネットなど）がありましたが、本提案事業では、連続データ受信が中断さ れた時に、転送データ列の終了とみなします。この機構は、物理層に関係し、クロック同期式なら ばクロックの消滅で、非同期式ならば無信号が一定時間続くことで、データ列の終了とみなします。 ユビキタス社会でのローカルなホームネットワークとしても、個人住宅内に留まらずに、図３の 如く、町内ネットワークと接続されるでしょう。不正アクセスを防止するのに、個人識別ＩＤでサ ービスするには煩雑になります。例えば、前掲の階段電灯リレーを制御できるノードは、ネットワ ークに接続しているすべてのノードから可能です。しかし、リレーを制御する MPU etc が、図５ のフレーム・フォーマットを受信したとき ACM 部に“*”があれば、不正アクセスとして受信拒 否します。この“*”の有無で、広域 WAN を通過してきたか、または、最大 63 個のノードが接続 されているローカルサブネット内の通信かを、判断できます。 ホームネットワーク内は ACM 部に“*”が無い。地域ネットワークは広がるにつれて ACM 部 の“*”数が増加します。この様に単純な信号の有無で、強固なセキュリティが保たれることは、 図４の基板を規定するスイッチに、セキュリティ・スイッチを設けられることを意味します。 その他の技術として、ノードや伝送路故障に対し、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝの自動復帰機構を考案し、ネット ワークへのプラグ＆プレイを確保し、保守を安易にできる国際特許の作成中です。 ②技術の新規性・独創性 本提案事業で使われる図４の組み込み分散サーバは、図５のフレーム・フォーマットの先頭２バ イトで転送方法まで決定されて制御され、また、図３で記載したように無制限に自己サブネットを 中心として広げられます。しかし、広がったネットワークであっても簡単な機構で、不正アクセス を各ノード毎にセキュリティを設定できます。 これらホームネットワーク構築技術、ホームサーバに最適な組み込み分散サーバの構成技術は、 国際特許はＰＣＴ／ＪＰ９５ ／００６５３(国際公開ＷＯ ９６／３１９６８）およびＰ ＣＴ／ＪＰ００／０７３９４ （国際公開は、2002 年５月の 図６: フレームフォーマット ﾃﾞﾘﾐﾀ追加ﾌﾞﾛｯｸ：開始 終了 “ﾄﾘｶﾞｰ・ﾄｰｸﾝ” 11110001 ACM部（ Control Message） 部（Access ） 部（ “データ” code 予定）に詳細に記載しました。 ACM終了検出ﾋﾞｯﾄ = ‘11’ なお、前者の国際特許は国際 “_” 00 “_” ﾘｻﾞｰﾌﾞ 定され、現在、日本国内審査 C→μCPU 図４参照 μCPU→μCPU 際調査機関がすべての請求項 でＡ判定（一般的技術水準の 文献しか検索できなかった） としました。 無意味 “/” Ｗからの受信 Ｌ１からの受信 Ｌ２からの受信 Ｗへ送信できなかった 7/19 CRC コード 送信元 （必ず１個） 補助（０個以上） ルート宛先 （１個以上） 転送方法 μCPU→C 00 01 10 11 “\” ﾙｰﾄ 00 ﾙｰﾄ 01 通過 10 補助 11 送元 データ 調査機関および予備審査で認 中です。後者の国際特許は国 “*” 必要なら付加 CRC16 又は CRC-CCITT 00 01 10 11 リザーブ（システム構築のための転送） グループ宛先（完全ﾌﾞﾛｰﾄﾞ・ｷｬｽﾄを含む） ピア・ツー・ピア型 隣りのノードへ転送（宛先不要） （２）技術の目標 C ①技術目標値 また、ホームネットワーク構築のイニシャルコストが掛からず、 必要に応じて広げられ、保守に専門知識が不要なものが求めら L1 L2 μＣＰＵ れます。これらの消費者の要求に応えるために、ホームサーバ を集中型から完全な分散型にし、只一つの製品で、ホームネッ トワークが構築できるものを目標にしました。 基本スペックは、右図のユニット開発となります。 ＬＥＤ MPU etc ネットワークが理解でき、簡単に構築できる必要があります。 ＳＷ ユビキタス社会は、技術者でなくとも簡単に、身近なホーム L0 L3 W 技術スペックは、MARS (Message Access and Repeat Server)機能を１チップ・マイクロ・コ ンピュータで実現させ、ネットワーク外部とのデータ変換は MPU etc が担います。具体的には、 省電力タイプ型のμＣＰＵを８bitＬＳＩとして、次の目標となります。 １）ＰＬＣの雛型：Program Logic Circuit (シーケンサ)の接点入力 4 点リレー出力 4 点とし、 ＭＰＵを使わずに、μＣＰＵ内で信号変換を行なう。 ２）汎用ノード：外部端子Ｃを RS-232C とし、通信基本形が内蔵されている機器類を、そのまま 使えるホームネットワークを構築する。ＭＰＵを使わずにμＣＰＵ内の信号変換で実現。 ３）インターネット用ゲートウェイ：インターネットに接続できるノードを実現。 ②技術目標値の妥当性 省電力タイプにより（１）の概要で示した技術を検証することで、完全な分散型サーバ構成によ りホームネットワーク構築が、容易にできることが示されます。 ユビキタス社会においては、あらゆるマイコンがネットワークに接続される必要があります。 MARSμCPU の内容を公開することで、大手企業が販売している製品に組み込むことが可能に なります。特に、家電品はマスクＣＰＵマイコンにて安価に製造していますので、上図のユニット 全体を組み込むことよりも、現状のマスクＣＰＵマイコンに組み込めるプログラムを公開するのが 賢明です。家電メーカなど大手企業のＲ＆Ｄが活性化されると思われます。 しかしながら、中小企業はプログラムの公開よりも、MARSμCPU を完成されたチップとして、 ネットワーク・デバイスＬＳＩとして、購入するのを望んでいます。上図 MPU etc が、既に、該 当する中小企業の製品に内蔵されている MPU でも実現できる様に、MARSμCPU に接続整合性 を持たせることで、多くの中小企業が新規事業に乗り出せる素地を提供できると思われます。 本提案企業である株式会社ニッシンは、共同開発およびＯＥＭ生産をするのが主たる事業形態で あり、他の中小企業には MPU ユニットの共同開発を、零細企業に対しては MPU ユニットのＯＥ Ｍ製品を受注することが可能です。これにより、単体の MPU ユニット製品が、ネットワーク接続 製品に変化するだけでなく、ネットワーク制御や情報伝達システム全体を考慮する必要がなくなり、 他の企業が現有している技術を生かすオープン・システムが出来あがると思われます。 ③技術目標値を達成するための課題と解決方法 従来のホームネットワーク構築、ユビキタス社会は、トップダウンの考え方で波及を狙っていま した。本提案事業は、逆に、ボトムアップの考え方でネットワークを構築します。 ■インターネットとの接続 一般家庭内には、計測器として電気・ガス・水道メータがあり、これらを接続し検針員が集合住 宅などで、一度に測定できる情報伝達に必要なものとして、完全な分散型サーバ構成としました。 集合住宅においての検針システムは、インフラ整備となり、それらの計量機器に MARS ユニット を接続すれば、各家庭でのホームネットワーク構築と同時に、町内ネットワークが完成されている 8/19 ことになります。この状態において、プロバイダーがインターネットと町内ネットワークを接続す ることで、各家庭がプロバイダーと契約する必要がなくなり、月に数回しかインターネットを使用 しない家庭でも、インターネットの恩恵を受けランニングコストが極端に小さくなります。 このように、本提案事業の成果をボトムアップ方式で普及させることを目標としています。 ■入力接点・出力リレーや基本通信 RS-232C をｎ対ｎに広げるネットワーク構築 MARS 機能を１チップ・マイクロ・コンピュータで実現させるに際し、完全な分散型サーバ技 術、データ競合回避技術、ルーティング技術を反映させなければなりません。 すべての技術を国際特許出願しています。但し、プラグ＆プレイ型や故障対策については、現在、 新規の国際特許の明細書を執筆中です。 過去の研究開発実績はルーティング技術だけで、詳細は、専門雑誌 Interface’99,２月号 CQ 出版 社「大規模拡張可能な新しいネットワーク方式の提案」に、製作記事として掲載されました。また、 Interface’01,６月号に「あらゆるネットワークを統合するプロトコルの提案」で、プラグ＆プレイ 型ネットワーク技術を除き掲載されました。いずれの記事でも、批判は無く更なる発展を期待する 声が届けられました。 また、富士通株式会社マーケッティング本部に、汎用ノードとして外部端子Ｃを RS-232C とす る提案をしたところ、いまさら、古きスペックで接続する形態は市場性に乏しと思われました。し かし、同社の 2001 年末の事業可能性調査報告によりますと、ＩＣＥ(ＬＳＩ開発用エミュレータ) にも RS-232C が使われ、優秀な研究開発者が毎回 RS-232C ケーブルを繋ぎ直してＬＳＩ開発をし ており、煩雑な意味もない時間を裂かれているとの報告を受けました。同社マーケッティング本部 は 2002 年に入り本格的な調査を開始し、電線の(株)フジクラ、計量の(株)イシダ、家電の松下電 器産業(株)などと市場性について、協議を始めたとの報告を非公式に受けています。 直接接続 57.6Kbps MARS232 ﾊﾞｰｺｰﾄﾞ リーダ 伝送路 125K∼ 10Mbps ネット電源供給 産業機械 MARS232 直接接続 9.6Kbps MARS232 ｹｰﾌﾞﾙ接続 2.4Kbps ｹｰﾌﾞﾙ接続 1.2Kbps 表示・操作器 MARS232 MARS232 MARS_IO MARS_IO パソコン 情報は直接(グループ)宛先に送信 階段電灯 MARS232 使用例 MARS_IO 下記に、ＰＬＣの雛型(MARS-IO)、RS-232C 内蔵の汎用ノード(MARS232)の接続例を示します。 対話型 計測器 現場表示器 製品“MARS-IO”は、ユニット内蔵のデジスイッチで、自己番号と宛先を設定する。 製品“MARS232”は、パソコンから遠隔操作で、自己番号と宛先を設定する。 9/19 ４．解決方法の具体的実施内容（実績） １）調査 ⅰ.技術調査 技術調査 イ）調査項目名（期間: ） イ）調査項目名（期間: 1995年４月∼2001年10月） 国際特許 PCT／JP95／00653 （申請日1995年４月４日）および 日本国内手続（平成８年特許願530169号） 発明の名称「転送識別と調停機構を有するコンピュータ用ネットワーク」 ・目的 Message Access and Repeat Server を、分散型ネットサーバであり、略称文字として、 MARSを、世界知的機関(WIPO)に認知させること。 請求項 １．転送識別を簡単にするため、サブネット内の最大番号にて階層構造で接続す るネットワーク。 請求項 ２．ルーティングのため、記号“_”や“*”を設け、自己宛データか転送データ かの判断を行う方法を有するユニット。 請求項 ３．近距離複数条数バスにおいて、複数ユニットが分散型で調停する機構を有す るユニット。 請求項 ４．請求項２．で、転送伝送路が敷設していない場合に処理をしないユニット。 請求項 ５．ルーティングにおいて“_”を“*”に変化させる方法。 ・方法および実施機関、協力機関 日本語で記載した要約書を、国際事務局がMARS-unitの新造単語を認めて英文に翻訳し、 世界知的機関がＷＯ96／31968として、1996年10月10日に国際公開した。 各々の特許請求項について、国際調査機関が先行技術調査を行なった。なお、請求項３は、 カテゴリーが異なる発明であるとされ、１出願２発明となった。 国際予備審査機関は、異なるカテゴリーの発明である請求項３を含め、各々の請求項につ いて、新規性・進歩性・産業上の利用可能性を調査した。 日本特許庁は、各々の請求項について、新規性・進歩性・産業上の利用可能性を調査した。 ・成果 国際調査機関は、 １．ドイツ国ジーメンス社の1986年５月８日公開 JP,61-90946, A 及び US,4801934、 ２．株式会社リコーの1987年10月12日公開 JP,62-232233, A、 ３．株式会社日立製作所の1988年４月26日公開 JP,63-95751, A、 を、一般的な先行技術水準の文献および関連が深い文献として挙げた。 日本国特許庁は、 ４．特開平05-153148号広報（富士通株式会社） ５．特開昭63-95751号広報（株式会社日立製作所） ６．特開昭60-105339号広報（株式会社日立製作所） ７．特開昭62-253224号広報（株式会社東芝） を、一般的な技術水準の文献として挙げた。 上記 １.∼７. の文献はいずれも一般技術水準であったので、日本特許庁より内容審査が 厳しい国際予備審査で、1996年11月13日に、すべての請求項が認められた。 日本特許庁から、一部の請求項において正確な語彙の単語に訂正するよう指摘され、現在、 語彙訂正した請求項に書き換える手続きを行っている。 10/19 ロ）調査項目名（期間） 調査項目名（期間: ） 調査項目名（期間: 1999年８月∼2001年１月） 国際特許 PCT／JP99／04284 （申請日1999年８月６日） 発明の名称「トークンによる調停機構を有するコンピュータ用ネットワーク」 ・目的 単純なネットワーク部材で、ネットワーク構築が可能なことを示す。 請求項 １．ネットワーク構築部材をポイント・ツー・ポイントで接続し、トークンを巡 回させることで、データ競合を回避するネットワーク。 請求項 ２．ネットワークの終端部材は、トークンを返送させ、データを廃棄させる機構 を有する終端器。 請求項 ３．ネットワーク外部とデータ交換する2端子ノード部材は、トークンを通過させ、 データを必要に応じて送受信するノード。 請求項 ４．伝送路を分岐する部材において、トークンは到来端子に対応した１つの端子 から送出させ、データは到来端子以外の端子から送出させる機構を有する分 岐器。 ・方法および実施機関、協力機関 ・方法および実施機関、協力機関 日本語で記載した要約書を、国際事務局が英文に翻訳し、世界知的機関がＷＯ01／11829 として、2001年２月15日に国際公開した。 各々の特許請求項について、国際調査機関が先行技術調査を行なった。 国際予備審査機関は、各々の請求項について、新規性・進歩性・産業上の利用可能性を調 査した。 ・成果 国際調査機関は、 １．オムロン株式会社 1999年７月２日公開 JP,11-177560, A、 ２．横河電機株式会社 1989年１月31日公開 JP,64-29137, A、 ３．キャノン株式会社 1987年１月20日公開 JP,62-11340, A、 を、一般的な先行技術水準の文献および関連が深い文献として挙げた。 上記 １.∼３. の文献はいずれも一般技術水準であったので、日本特許庁より内容審査が 厳しい国際予備審査で、2001年１月23日に、すべての請求項が認められた 審査官は、次の見解を付記した。「各請求項に記載された端末器(終端器)、ノード、分 岐器及びそれらから構成されるネットワークは、先の国際調査に記載された何れの文献に も開示されておらず、かつ当業者に自明な事項でもない。」 上記の見解は、IEEE802.3(イーサネット)、IEEE802.4(トークンバス)、IEEE802.5(トー クンリング)以外のＬＡＮの考案であると示している。 図１に記載したシンプルなＬＡＮは、伝送路がネットワーク構成部材をポイント・ツ ー・ポイントで接続されるネットワークです。従って、伝送路を光ファイバーにすること、 無線にすること、などで、ネットワークの構築物理層を広げることは、既存技術で容易に 可能なことになります。 以後、新規の国際特許を申請し今後も応用特許を申請しますが、すべては、上記「トー クンによる調停機構を有するコンピュータ用ネットワーク」を基に、発明されたものであ ります。従って、一般的な技術水準の文献しか示すことができないのは、当然のことと思 われます。 11/19 ハ）調査項目名（期間） 調査項目名（期間: ） 調査項目名（期間: 2000年10月∼2001年１月） 国際特許 PCT／JP00／07394 （申請日2000年10月23日） 発明の名称「データ多重化ネットワーク機構」 ・目的 ポイント・ツー・ポイントで構築するネットワークの利用範囲を拡大させること。 請求項 １．終端ノードのトークンを分離する論理を利用して、トークンリングを形成す るネットワーク。 請求項 ２．２端子ノードに利用されるトークンを、ﾄﾘｶﾞｰ・ﾄｰｸﾝとすることで、パイプラ イン方式をネットワーク伝送路に適応するデータ転送機構。 請求項 ３．数値を付加したトークンにすることによって、ネットワークの輻輳状態を回 避するフロー制御方法。 請求項 ４．MPU etc部とMARSμCPUに分け、MPU etcが高々２ビットによってデータ 送信の伝送路接続端子を把握できるMARSμCPUと称するインターフェース。 請求項 ５．隣接ノード転送型であるが故に、フレーム・フォーマットの先頭ＡＣＭ部の コードを接続状態把握コードに設定することによって、ネットワークに接続 されているノードを把握できる機構を有するネットワーク部材。 ・方法および実施機関、協力機関 各々の特許請求項について、国際調査機関が先行技術調査を行なった。 ・成果 国際調査機関は、 １．新東工業株式会社 1993年11月19日公開 JP, 05-308358, A、 ２．オムロン株式会社 1998年５月22日公開 JP,10-135992, A、 を、一般的な先行技術水準の文献として挙げた。 上記の各請求項は、ネットワーク、データ転送機構、輻輳回避、インターフェース、お よび、ネットワーク部材で、多枝に渡っているが、一般的な先行技術水準として２件の文 献を示しただけであります。このことは、基礎となる「トークンによる調停機構を有する コンピュータ用ネットワーク」は、ブレークスルーした考案であることを示しています。 ニ）考察と結論 現在、新規の発明として、不正アクセス防止方法、伝送路切断・ノード故障における自 動復帰、ネットワークへのプラグ＆プレイ、を、執筆中ですが、これらはすべて、従来の ネットワークと異なり、階層型ネットワーク構築およびﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝ利用を基にしているた め、国際調査機関は競合する先行技術文献が見当たらない見解になると予想されます。 ここで主な他のIEEE802について述べておきます。 IEEE802.8は、ファイバーオプティクスであり、本提案事業の伝送路に使えます。 IEEE802.9ワーキンググループは、等時性(isochronous)のLANのための基準を開発する としていますが、既に、本提案事業の伝送路でのパイプラインを実用に使います。 IEEE802.11およびIEEE802.15は、無線LANの基準を進めています。本提案事業の伝送路 の物理層を無線に置き換えるだけで済みます。 IEEE802.12は、要求プライオリティのための基準開発です。本提案事業の基礎となる国 際特許で輻輳解決法を示しました。その他IEEE802.17は、弾力のあるパケットリングとし ていますが、本提案事業のトポロジーは、リングも構築できる自由性があります。 12/19 ⅱ.事業化の目標に関する調査 事業化の目標に関する調査 イ）調査項目名（期間 2001年２月14日∼2001年８月 ） ネットワーク構築技術シーズを受け入れる事業提携先企業の調査−その１ ・目的 ネットワーク事業提携企業を探す。 ・方法 第３回ＩＩＳビジネス・技術シーズフォーラムで、総括責任者の永井裕二が講演。 第１回国際ＩＴベンチャフォーラムKobe・ITVF01で、総括責任者の永井裕二が講演。 ・実施機関、協力機関 ＩＩＳジャパン: 新産業創出システム(Industry Innovation System)は(社)関西経済連 合会が提唱し、国の機関、地方自治体、大学、関西の経済団体の協力を得て、 １９９７年９月に設立した任意団体。後援団体として、大阪大学先端科学技術 共同研究センター、大阪府立大学科学技術共同研究センター工学部門、関西Ｔ ＬＯ(株)、近畿経済産業局、近畿総合通信局 が挙げられている。 ITVF01：ノースウェスタン科学技術大学，中国科学アカデミー，神戸芸術工科大学の共催。 ・成果 ＩＩＳジャパンが株式会社ソニーを、神戸芸術工科大学がシャープ株式会社を、提携先 企業として選び、シーズ技術の紹介をした。 (株)ソニーおよびシャープ(株)は、「弊社の単独展開では市場の獲得が難しく、また、 業界におけるデファクト化等に係るコスト面等との関係より、今回は見送る」との回答を 受けました。 中国寧波市科学技術団地管理委員会から、招待を受け、寧波晶微電子有限公司を提携先 として紹介された。 日本国内の企業との提携が決まってから、中国と関係を進めると返答中です。 ロ）調査項目名（期間 2001年８月∼ ） ネットワーク構築技術シーズを受け入れる事業提携先企業の調査−その２ ・目的 ネットワークの業界におけるデファクト化を行なえる企業調査 ・方法 京都リサーチパークKK（ＫＲＰ）産学ビジネス部に、デファクト化を行なえる提携企業 の紹介を依頼。 ・実施機関、協力機関 富士通株式会社マーケッティング本部ビジネス推進統括部が、デファクト化を行なうこと になった。 ・成果 富士通株式会社マーケッティング本部として、市場再編成を行なうことになった。 条件として次の提案がなされた。 １）特許は、一社で独占するのではなく、商標にて幅広く企業参加できるようにするこ と。理由は、富士通と日立の対立を避ける必要があるから。 ２）ネットワークの見本品を製作すること。富士通子会社が製作する場合は、開発費を 富士通が負担する。株式会社ニッシンが製作する場合は、見本品の提供を求める。 本提案事業先の株式会社ニッシンは、１）を承諾し、自社で見本品の開発をすると、回答 しました。 13/19 ハ）考察と結論 本提案事業の事業化の目標は、大目標と小目標に分けられます。 ■事業化の大目標 事業化の大目標は、１０年以降に訪れるユビキタス社会におけるネットワークの想定に関 わります。インターネットがトップダウン方式ネットのネットとして世界中の高級パソコン を繋ぐことになり、MARS-netがボトムアップ方式のネットとして製品内に組み込まれたマ イコンを繋ぐことになると、予想されます。 大目標は、本提案事業で出来るものではありませんが、日本国内では富士通・日立が牽引 役となり、日本国中小企業庁がＩＴ推進化に乗り、MARS-netをデファクトスタンダードに することで、実現できるものと考えられます。 そのために、MARS-netの発明者および特許権者は、特許を開放するため、商標と抱き合 わせて、ネットワーク接続製品毎に企業が個別独占できる体制を整備しました。 詳細は、http://hccweb1.bai.ne.jp/mars/Mars にて、掲載しています。 これにより、零細企業であってもユニークな製品であれば、年間４万円以下の使用料で、 市場を独占することができます。但し、市場競争原理も入れなければ、経済が活性化しませ んので、同一製品の製造企業は２社まで無条件で参入できます。 富士通株式会社から、上記の大目標に向かって、マーケッティングを開始したと公式に報 告を受けました。なお、非公式で、電線の(株)フジクラ、計量の(株)イシダ、家電の松下電 器産業(株)、特殊LSI製造の(株)リコーなどと市場性について、協議を始めたとの報告を受 けています。また、中国の寧波晶微電子有限公司と連絡を取り合っており、中国国内家電メ ーカと交渉を、現在、保留させるように働きかけています。 ■事業化の小目標 富士通株式会社に研究開発および事業化をすべて委託することは、中小企業や零細企業の 活性化が遅れます。本提案者である弊社ニッシンは、他の企業から開発を受託すること及び それに伴うＯＥＭが主な事業形態です。 ＰＬＣの雛型(MARS-IO)、RS-232C 内蔵の汎用ノード(MARS232)、見本品を製作するこ とにより、室内ネット、ホームネット、集合住宅ネット、町内ネットと順に、通信が無制限 に広げられるボトム・アップ型のネットワークを提示できます。実際に動くネットワークを 見れば、中小企業や零細企業は、既に製作している自社製品に MARSμCPU が組み込む方 法を考慮するだけになり、設計がスムーズに取り掛かれます。 インターネットの初期普及の条件は、 １）自分の情報を適時ネットワークに乗せられる ２）他人の情報を転送させる であり、一社の独占ではありませんでした。実際には、情報の発信器・受信器にオフコンを 使うこと、理解能力の高い大学研究員が参加することの暗黙の了解がありました。 本提案事業の事業化においては、暗黙の了解を下記３）４）５）で明示します。 ３）MARSμCPUが組み込む、または、MARSユニット製品を使う なお、MARSユニット製品は小ロット生産で 2,700円／台 になります。 ４）MARSμCPUを組み込む場合には、MARS etc との交信信号を公開する ５）MARSユニット製品の一つであるMARS232を使う場合には、汎用パソコンを使っ たフレーム・フォーマット用デバッガ−を提供する。 このように、事業化の小目標は、本提案事業終了時点で、上記３）∼５）があれば、多く の企業にネットワーク構築技術が普及でき、事業化が各地で発生すると思われます。 14/19 ２）試験研究（期間 1994年∼2002年２月） ） イ）調査項目名 国際特許明細書とIEEE研究の対比（期間 （期間 1994年10月∼2001年１月） ） ・目的 インターネットの問題点およびIEEE802.1∼IEEE802.17の各委員会での問題点を調査し、 理論面から解決する発明である国際特許発明の内容を対比し、今後の課題を探る。 ・方法 １）現在普及しているインターネットIPv4の問題点は、アドレスが４バイトで構成され、 拡張性に欠けている。IEEE802.1のネットワークはコンピュータのツリー構造である。 解決策として、送信元を基準とする無制限長の相対アドレスを考案し、データが転送 される毎に相対アドレスを変化させる。トポロジーとしては、サブネットのツリー構造 とするが、コンピュータはポイント・ツー・ポイントと単純化した。利用効果として、 宛先を含めて転送途上に障害があろうとも、逆ルートのサブネットを辿ると同時に、相 対アドレスによってコンピュータを特定できる理論を構築した。 なお、サブネットのツリー構造は、絶対アドレス構築に必要で、絶対アドレスから相 対アドレスを計算で求められる。また、トラフィック増大または秘密ルート確保の観点 から、バイパス接続が可能です。 ２）IEEE802.3の問題点は、データ競合を避ける方法として、CSMA/CD（carrier sense multiple access with collision detection）を使ったイーサネットであり、データ競合が 起こった場合、ランダムな時間だけコンピュータが送信を待つため、情報伝達時間系が 乱れて完全な制御に利用できません。 初期の解決策として、バス型伝送路上でワイヤード・オアを合成し、送信希望アドレ スによって一義的に送信権を定める方法を考案しました。しかし、近距離バスしか利用 できない欠点があったので本提案事業では採用しません。 ３）IEEE802.4, 802.5, 802.17 は、データ競合を避ける方法として、トークンを使って います。IEEE802.4 は伝送路効率が低い問題点があり、他の方式は伝送路に不良データ 断片が存在した場合の排除問題があります。 解決策として、IEEE802.5, 802.17 のリング状を直線伝送路に置き換える発想をし、 トークンにアドレスを記載する必要を無くしました。これにより、バス型であっても、 伝送路効率を高め、不良データ断片やノイズによる不良データ発生は、終端器で自動排 除できる単純な構成になりました。本提案事業では、この方式を採用しました。 ４）IEEE802.9 は、IEEE1394(通称名ブルートゥース)の等時性(isochronous)に匹敵する LAN基準を開発するとしていますが、まだ解決策が考案されていません。 解決策は、トークンによる発言権方式をﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝによるデータ進行方向変更方式に することによって、ＣＰＵのパイプラインと同値の効果が伝送路で実現する理論が構築 できました。なお、実際にMARSμCPUで実現する場合、発言権トークンよりもﾄﾘｶﾞｰ･ ﾄｰｸﾝの方が、作成プログラムステップ数が短くなります。 ５）IEEE802.12 は、プライオリティの要求に関する基準を策定しようとしていますが、 まだ基準の素案も考案されていません。 解決策は、数値付きﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝにすることによって、輻輳現象を回避し、要求プライ オリティを実現する理論を考案しました。 輻輳現象回避については、メモリ容量やデータ種類による最適な優先権など、多くの 考慮する事項があり、本提案事業では採用しませんが、今後の発展を考慮して、フレー ムフォーマット先頭のコードに、リザーブを設けます。 15/19 ６）IEEE802.8, 802.11, 802.15 は、ファイバーオプティクスおよび無線LANの基準を策 定しようとしています。アドホック・ネットワークの基準作りも徐々に進んでいます。 いずれも、物理層についての基準は従来の研究蓄積で対応できていますが、サーバの構 成で行き詰っています。 解決策は、本提案事業で使うMARSμCPUすなわち完全な分散サーバを用いることで、 ネットワーク構成が単純化されます。従って、伝送路として、ファイバーオプティクス 技術、無線技術を、現状のまま利用することができます。 ・実施機関、協力機関 世界知的所有権機関（WIPO）の特許協力条約(PCT)に基づく国際特許出願。 国際調査機関、国際予備審査機関。 ・成果 国際特許として、すべての理論が承認された。 ロ）調査項目名 理論の実用化の可能性調査（期間 （期間 2002年１月17日∼同月18日） ） ・目的 既出願の発明内容の理論が、ホームネットワークの構築に役に立つかの調査 ・方法 電子情報通信学会・第３回次世代ネットワークソフトウエア時限研究会・主題ホームネ ットワークにおいて、総括責任者の永井裕二が、「ホームネットワークに必要な機能」の 講演をした。小題目は、既出願の発明理論により実現可能な構築を挙げた。 １）家庭内機器の制御・計測では、少量データでも通信ができること ２）ホーム内での制御は、何処からでも自由にできること ３）どの機材の取替えにも専門知識を必要としないこと ４）セキュリティはホーム内で緩く、外部のアクセスに堅いこと ５）安価であること ６）今後の家庭内機械器具の発展に耐えられること ・実施機関、協力機関 電子情報通信学会・次世代ネットワークソフトウエア時限研究専門委員会 ・成果 他の研究開発として、次の聴講をした。 １）「ネットワークドアプライアンスアーキテクチャ：AMIDEN」中村素典（京都大学） ２）「ユーザからみた“情報”家電」土井美和子（東芝） ３）「白物家電のネットワーク化について」長光左千男（松下電器産業） ４）「ホームネットワークサービスシステムとその要素技術」安東宣善（日立製作所） これらの講演者と専門委員会のメンバーとの意見交換において、次の結論を得た。 ホームネットワークは、インターネットやイーサネットと異なり、経済効果や効率を狙 ったもの、技術の披露だけでは構築がなされない。また、安価でなければ普及しないが、 企業内経営的効率効果と異なり、利便性と情報伝達満足度が重要な要素になる。 従って、MARSμCPU に、インターネット IPv6 で充実されているネットワークの自動 設定やセキュリティ技術が標準実装されているだけでなく、MARSμCPU の故障対策に 対する自動復旧技術も標準実装している必要を感じた。 自動設定・セキュリティ・故障対策について、ホームネットワークの利用者の立場に立 ってMARSユニットの見直しを行ない、新規の考案をした。 16/19 ハ）考察と結論 本Ｆ／Ｓ成果報告書７ページ図６フレームフォーマットのＡＣＭ部の先頭コードにおい て、第7,6 bit はノード端子の選択用。第5,4 bit はデータ転送を方法で、ブロード･キャス ティング、グループ宛先、ピア･ツー･ピア、隣接ノード転送、を選択する。第3∼0bit はリ ザーブとしている。これらのコードは MPU etc とMARSμCPUのインタフェースとなっ ている。コードの応用例として、国際特許でネットワークに接続されているノードを把握で きる機構を説明している。しかし、ネットワークの接続状態が把握でき、ノード番号の自動 設定がなされ強固なセキュリティがあるにしても、ホームネットワークの利用者の立場での 利便性を考えるならば、まだ、低レベルの構築にしか過ぎないであろう。 本Ｆ／Ｓ成果報告書８ページのMARSユニットにおいて、“赤”“黄”“緑”のLEDを設 けているが、発光色の意味合いを交通信号色との対比で、点灯／消燈時間など、広い意味で のソフトウエアと捕らえて考慮する必要がある。 なお、MARSμCPU の故障に対する自動復旧技術は、次節の環境変化で述べます。 ５．事業化目標を取り巻く環境変化 MARSμCPU の故障に対する自動復旧は、あれば良いに越したことはない程度の技術と考えてい ましたが、ホームネットワークであれば欠くことができない技術となります。 現在、特許明細書を作成中の自動復旧のアルゴリズムを説明いたします。 下図の様に、ポイント・ツー・ポイントで接続されたネットワーク部材で、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝを受け取っ た時、送信データがあれば直ちに送信します。終端ノードや終端器は、送信データが無ければ直ちに ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝを送出します。もし、直ちに送信する送信データやﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝが無ければ、今回の発明で あるＡＣＫ(acknowledge)信号を送出します。これらの３種類の信号を確認信号と命名します。 一方、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝを送出したネットワーク部材は、直ちに、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝ再送タイマーを起動させ、 確認信号が到来するとタイマーを停止させ、タイマーのセットアップ時刻になるとﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝを再送 します。なお、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝ再送には、赤色ＬＥＤを点灯させます。 以上のネットワーク部材の処置により、ノードが故障しても、接続伝送路が外れても、赤色ＬＥＤ を点灯している方向の隣接部材が不良になっていることが、家人に判ります。また、家人が不具合を 取り除くと、ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝ再送により自動復旧となります。なお、正常なネットワーク構築時に、ネッ トワーク部材の接続図が自動作成されていますので、点検すべき部材が特定できます。 故障期間 ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝを 送出すると 再送タイマーを起動させ タイムアップＴｕｐ後に “ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝ”を再送出 Ｄａｔａ Ｄａｔａ ノード１２ Ｄａｔａ 故障 Ｄａｔａ 17/19 Ｄａｔａ ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝを 受信すると 直ちに “確認信号”を送出 Ｄａｔａ Ｔｉｍｅ-ａｘｉｓ node 14 ﾄﾘｶﾞｰ･ﾄｰｸﾝ Ｄａｔａ 再送タイマーの 停止は 確認信号受信時 で記載を省略 node 13 Ｄａｔａ ３）専用の ＡＣＫ信号 Ｄａｔａ ２）ﾄﾘｶﾞｰ･ ﾄｰｸﾝ信号 Ｄａｔａ Ｄａｔａ １）データ列 転送信号 node 12 Ｄａｔａ 確認信号は Ｄａｔａ 伝送路１２-１３ node 11 Ｔｕｐ Ｔｕｐ Ｉｎｄｅｘ： ６.総括 政府統計（国勢調査・事業所企業統計調査）によれば、平成 14 年 1 月、日本の事業所は６２０万、 世帯数は４,７０６万世帯、就業者６,２６７万人、人口１億２,７２８万人と推計されています。これ らの事業所や各世帯の電気・ガス・水道の計量器を接続するインフラ整備により、ホームネットワーク のタネが構築されます。インフラ整備後は、外部入力接点・出力リレー接点・RS-232C 接続を見本と して、各企業が自社製品に MARS(Message Access and Repeat Server)ユニットを入れることで、商 店街のＰＯＳシステム構築、個別対応の関係構築型ビジネス（One to One Marketing）が、安価（最小 ロットで出荷価格 2,700 円／ユニット）に実現できるでしょう。 MPU etc したアルゴリズムを、MARSμCPU にインストールして実現しま す。ムーアの法則通りに、ＬＳＩはダウン・サイジングが進んでい L1 ますが、ネットワーク構成は依然とＭＰＵにインタフェースと称す Digit SW MARS ユニットは、1985 年の IEEE802.3, 802.4, 802.5 を見直 L2 μＣＰＵ るデバイスを付ける発想です。本提案事業のネットワーク構成は、 インターネットと同じで、ＭＰＵにデバイスを付けるのではなく、 ＬＥＤ C ■MARS(Message Access and Repeat Server)ユニットの製作 L0 L3 W コンピュータ自身をデータ転送させるノードとすることです。 1980 年代のコンピュータのハードウェア機能は、右図の MARSμCPU と称する１チップに収まっ ています。従って、MARSμCPU をアセンブラ（機械語）で、専用のデータフロー型リアルタイム ＯＳにすることで、すべてのアルゴリズムを８ビット１チップ MARSμCPU で実現できます。 ■入力接点・出力リレーや基本通信 RS-232C をｎ対ｎに広げるネットワーク構築 前述した５つのアルゴリズムを８ビット１チップ MARSμCPU で実現させるプログラムの検証と して、MARSμCPU のプログラム余裕空間で、入力接点・出力リレーや基本通信 RS-232C を、外部 コネクタＣに持たせます。この解決法は MPU etc に、別の MPU を搭載する必要がなく、入力接点 としてのフォトカプラ、出力リレーの接続、μCPU 内部の RS-232C ハード機能に接続するドライブ ＩＣを付けることになります。しかし、異なったアプリケーション機能を一つの MARS ユニットが 持つことは、単純性が失われエンドユーザの混乱を招きますので、接点入出力および RS-232C の２種 類の MARS ユニットを製作することが、賢明であると考えられます。 いずれのアプリケーション・ユニットであっても、ネットワーク構築のコアとなるμCPU に、ア ルゴリズム理論をプログラム化して記載することになります。現況のＲ＆Ｄは、ハードウェアとして L0∼L3,W が実現可能な１チップ MARSμCPU（８bit および 16bit）を選定したところです。 ■インターネットとの接続 インターネットとの接続は、MARS-net のフレームフォーマット（図６）のデータ部に、TCP セ グメントフォーマットを入れ子にします。MARS-net フレームフォーマットのヘッダーは、送信部 MARS ユニットで付加され、受信部 MARS ユニットで削除されます。従って、どのような既存ネッ トのプロトコルでも、入れ子構造で転送されます。 入れ子構造による MARS ユニット間通信は、他の接点入出力および RS-232C でも同じです。 インターネットプロバイダーと接続可能な見本 MARS ユニットを製作すれば、MARS-net の有益 性が更にアピールできると思われます。 ■事業化の小目標 事業化の小目標は、インターネットとの接続と同様の入れ子構造を実現する具体的な手法です。 すなわち、中小や零細企業であっても、単体の電子機器を製作している場合、電子機器に既に RS-232C 端子があれば、一切の変更なしに、直ちにｎ対ｎネットワークができます。これらの電子 機器の例としては、バーコード・リーダ、長さや重量の計測器、ディスプレーなど表示器、医療用測 18/19 定機器、リモコン、産業用製造機器、ＰＬＣ、…などの他、パソコンがあります。 家電品の場合は、現在の MPU に MARSμCPU を付けること、あるいは、MARSμCPU にインス トールしたプログラムを MPU で実現させれば、ホームネットワーク製品になります。 ■事業化の大目標 事業化の目標を達成するには、アルゴリズムの特許を開放しなければなりません。 商標および特許を合わせて使用権を許諾することにしました。日本国では商標公開 2002-000170 と なっています。使用権の許諾は、約款として作成し公示しています。その前文を掲げます。 商標及び特許の許諾約款 ２００２年１月 １日 草案公示 同年１月３１日 制定公示 同年２月１４日 実 ２００２年１月 施 １日 別表公示 （前文） 電子ネットワークは、情報発信元・伝送路・情報受信先が一体になって構築されます。 Ｍａｒｓ＠Ｎｅｔの基本特許は、1995 年４月４日出願 PCT/JP95/00653 及び 1999 年８月６日 出願 PCT/JP99/04284 で全世界に向け申請し、世界知的機関(WIPO)にて公開されました。 更に、改良を加え、Ｍａｒｓ＠Ｎｅｔ は、家電品・産業機械・測定器・制御リモコンなど多く の機器に内蔵されている１チップＬＳＩマイコンの相互情報接続で、これらの機材間で簡単にネ ットワークが構築できるよう考案し、2000 年 10 月 23 日に PCT/JP00/07394 を出願しました。 また、有限会社マルス技研は商標登録を全世界の国々に申請手続中です。 我々は、特許法・商標法の精神を享受し、経済発展と市民生活向上を願い、Ｍａｒｓ＠Ｎｅｔ の開放を決断しました。 商標にて、接続できる機器ならびに工事や運用について見分けられる様にすることで、顧客に 安心感と夢を与え、各々の企業は得意とする分野で製造を独占し、トップのシェアを確保すると 共に、ネットワーク構築に不得意な分野を他社に任せられるオープン化を目指します。 株式会社ニッシンは、すべての特許の共有申請者でありますが、得意とする分野は電子基板ユ ニット開発と OEM 生産であり、製造業や工事業の方々に開放致します。 2002 年１月１日 発明者：永井裕二 ：[email protected] 有限会社マルス技研：http://hccweb1.bai.ne.jp/mars 株式会社ニッシン ：http://www.nissin-inc.co.jp 上記の商標及び特許の許諾約款によって、グローバル化を見据えた日本の新たな経営スタイルであ る顧客との直結、系列からの脱却、コアコンピタンス（得意分野への経営資源の特化）が推進され、 国の重要施策である新規産業創造の実現に向け、ユビキタス社会への対応と世界市場の創造に向けた 「高速・高信頼情報通信システム」の具体像が得られたと思われます。 特に、コアコンピタンスとして、アルゴリズムの発明者、コア CPU の研究開発を行なう本提案企 業の株式会社ニッシン、マーケッティングおよび販売を担う富士通株式会社、研究開発資金を提供で きる中小企業事業団、施策としてネットワーク業界におけるデファクトスタンダードとして推進でき る中小企業庁が互いに連携をすることで、MARS-net が日本発のユビキタス社会への対応と世界市場 の創造において実現可能な事業領域に成りつつあると思われます。 19/19