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ネットワーク情報家電の実現技術と動向

東芝研究開発センター

研究企画室

斉藤 健

Takeshi.saito@toshiba.co.jp

講演の内容

• ネットワーク情報家電の標準化動向

– 生活家電／設備系ネットワーク

– AV家電ネットワーク

• ネットワーク情報家電の現状

• ネットワーク情報家電が実現する

ユビキタス・コンピューティング社会

• 今後の研究課題

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ネットワーク情報家電の標準化動向

ネットワーク情報家電標準の概観

制御系 AV系情報系

AVパソコン

パソコンおよび

周辺機器（プリンタ）（デジカメ）

他

AV機器（TV,DVD)他生活家電

設備機器センサー等

エコーネットアプリ規格UPnP

DHWG AV/C

伝送規格

電灯線、小電力無線

イーサネット、無線LAN、BluetoothIEEE1394

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ＩＥＥＥ１３９４

１３９４ＴＡ•１３９４に関する民間フォーラム•長距離（ＰＯＦ）•高速(～3.2G)•各種ＡＶ機器

ＨＡＶｉ•ＡＶ機器のソフト仕様•ソニー／フィリップス主導•ＡＶ陣営連合

ＤＶＤフォーラム•ＤＶＤに関する民間フォーラム•ＲＯＭ／ＲＡＭ等

ＣＰＴＷＧ•著作権保護に関する民間フォーラム

ＤＶＤ

家庭内無線

ＩＥＥＥ８０２／ＷｉＦｉ• ８０２．１１無線ＬＡＮ等• ＩＥＥＥ：規格化／ＷｉＦｉ：相互接続

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ•ＰＣと携帯電話を無線接続•ＩｒＤＡの代替を目標•東芝／ノキア／エリクソン／ＩＢＭ／インテル

ＡＲＩＢ／ＭＭＡＣ•国内の標準化委員会•高速無線（５GHｚ帯／ＵＷＢ等）が

ターゲット

ＨｏｍｅＰＮＡ•電話線を使った家庭網•電話＋イーサネットを電話線上にて実現

ＤＨＷＧ•ＩＰベースのネット規格策定

ＯｐｅｎＣａｂｌｅ•米国ＣａｂｌｅＬａｂの次世代ＳＴＢの統一仕様•デジタル放送／ＣＡ対応•ＩＥＥＥ１３９４対応

ＤＯＣＳＩＳ•米国ＣａｂｌｅＬａｂの次世代ケーブルモデムの統一仕様•イーサ→ＵＳＢ （？）

ＩＥＴＦ•インターネットの標準化団体•IPv6•IP over IEEE1394•Zeroconf…

設備系ネットワーク

エコーネット•東芝、松下等の民間フォーラム•白物家電のネットワーク•環境とＤＳＭが目玉

家庭網における標準化の動き

ＣＡＴＶ

ｘＤＳＬ／ＦＴＴＨ

ＡＤＳＬフォーラム•ＡＤＳＬに関する民間フォーラム

ＦＳＡＮ•光アクセス網に関する民間フォーラム

Ｊｉｎｉ•プラグアンドシェア•Ｓｕｎ社主導•ＪＡＶＡ－ＶＭ前提

インターネット

ＪＡＶＡ

ＵＰｎＰ•ユニバーサルプラグアンドプレイ•マイクロソフト社主導•アドレス／ＤＮＳ／サービス

宅内情報通信・放送高度化フォーラム

•インターネットと放送とストレージの融合

ＴＶ Ａｎｙｔｉｍｅ

５Ｃ（ＤＴＣＰ）•東芝、インテル、日立、松下、ソニー•伝送系著作権保護規格

ＩＰｖ６推進協議会

ＯＳＧｉ•ホームゲートウエイ標準化•ＪＡＶＡ環境が前提

家庭内ネットワークの特性

• 基本的に「ピア・ツー・ピア ネットワーク」である

– 家電間の関係が対等

– 絶対的な基準の不在

• アプリケーションに関わる相互接続仕様まで踏み込む（場合が多い）

– プロファイルの策定

– 相互接続実験の重要性

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相互接続性の確保

• 生活家電／設備系ネットワーク

– 本命はエコーネット

– 伝送媒体は複数候補が並立

• ＡＶ系ネットワーク

– 有線のＩＥＥＥ１３９４では、ほぼ方式統一

– しかし、インターネット系では、いまだに本命不在

→ DHWG (Digital Home Working Group)への期待

– おまけ：「不在でもよい」という特殊事情

＝「家電」と比較した「ＰＣ」の特殊事情

＝「他社製品とつながる」ことが、まだ特徴（売り）とならない

家庭内通信

• 伝送技術– Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ

– 無線ＬＡＮ（８０２．１１）

– Ｅｔｈｅｒｎｅｔ

– ＩＥＥＥ１３９４

• ネットワーク技術– ＩＰｖ４／ＩＰｖ６

• アプリケーション、簡単設定– ユニバーサルプラグアンドプレイ（ＵＰｎＰ）

– エコーネット（設備系ネットワーク）

– ＡＶ系ネットワーク

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生活家電（設備系家電）の例

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）

世界共通周波数帯（2.4GHz）を使った短距離無線規格

標準化団体：Bluetooth SIG(Special Interest Group)

– 1998年 東芝はじめ、携帯電話，ノートPC,LSI有力メーカにより設立

– プロモータ、アソシェート、アドプタで構成、約2500社以上

ロゴ認証制度あり

仕様目標 モバイルに適した仕様

– 低コスト （５＄以下のチップセット）

– 低消費電力（送信３０mA,待機30μA以下）

– 小型、軽量（マッチ箱程度）

– 高度な相互接続性

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Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの仕様概要技術要件

– 音声、画像、データが統合的に通信可能

– １：Ｎ接続設定

– 誤接続防止、盗聴防止のためのセキュリティ

仕様概要– 変調方式 ： ２値ＦＳＫ， １Ｍシンボル/s– 拡散変調 ： 周波数ホッピング方式(1600/s)，７９チャンネル

– 複信方式 ： ＴＤＤ（時分割複信方式） ，マスタ 偶数スロット

– 接続方式 ： 同期接続型，非同期接続型 max 721Kbps

活用上のメリット

– 接続のためのコネクタ等の特性から開放

– 世界で使用できる

– 既存接続部を置き換えられる （HCIインタフェース用意）

– 認証制度による相互接続性の保証

プロファイルの内容プロファイル名

ファイル同期Synchronizationファイル転送File TransferオブジェクトプッシュObject Pushオブジェクト交換Generic Object ExchangeＬＡＮアクセスLAN AccessファクシミリFAXダイアルアップ接続Dial-up NetworkingヘッドセットHeadsetトランシーバIntercomコードレス電話Cordless TelephonyシリアルポートエミュレーションSerial Portサービスの認識Service Discovery機器の接続・認証Generic Access

Bluetooth Ver1.1におけるプロファイル

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パソコン周辺機器への応用HID

IP over Bluetoothの検討（イーサネットエ

ミュレーションによる多対多通信）

PAN

車載のハンズフリー携帯電話通話HFP(Hands Free Profile)

静止画応用BIP(Basic Imaging Profile)

高品質AudioやVideoの応用Audio/Video

AFH（2.4GHz帯ＬＡＮの共存）

Faster Connection

Bluetooth Ver1.2

内容規格・プロファイル

Bluetoothの新規格／新Profileの例

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロファイルの応用先

ネットワークアクセスLAN Access ProfileCordless Telephony ProfilePAN Profile

ユーザインターフェースHID Profile

電話・オーディオ・車関連Headset ProfileHandsfree Profile

基本接続(電話、PC,PDA)Dial-up Networking ProfileObject Push ProfileFile Transfer ProfileSynchronisation ProfilePAN Profile

マルチメディアBasic Printing ProfileHardcopy Cable ReplacementBasic Imaging ProfileAdvanced Audio Distribution P.A/V Remote control Profile

Bluetooth 1.1認定済みProfile

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生活家電機器及び、住宅設備機器の生活家電機器及び、住宅設備機器のコントロール用ネットワーク規格コントロール用ネットワーク規格

ECHONET(エコーネット）

シャープ、東京電力、東芝、日立、松下電産、三菱 ６社

エコーネットコンソーシアムＡ会員

ECHONET Ver.3.0

伝送メディア

電灯線

通信ミドルウェア

アプリケーションソフトウェア

機器オブジェクト

サービスAPI

プロトコル差異吸収処理部

ECHONET通信処理部

共通下位通信インタフェース

下位通信ソフトウェア

小電力無線

拡張HBS IrDAControl LoNTalk

A個別下位通信インタフェースB C D E

電灯線小電力無線

ツイストペア線

赤外線小電力無線etc

サービスミドルウェア

サービスオブジェクト

UDP/IPBluetooth

F

Bluetooth

UDP/IPEthernet

G

Ethernet

基本API基本API

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ECHONET通信の基本

• ECHONETアドレス＝NetID＋NodeID（１byte） （1byte）

• ECHONET通信パケットの構成– ECHONETアドレス：ノードの識別– オブジェクトID：機器ユニットの識別

– プロパティコード：命令属性の指定– データ：パラメータ指定 or 結果の戻り値– サービス：操作（Set/Getなど）の指定

• コネクションレス型通信

• ブロードキャスト、ユニキャストを使用

ECHONET 電文フォーマット

OHD ：オブジェクト電文ヘッダーSEOJ ：送信元ECHOENTオブジェクト指定DEOJ ：相手先ECHONETオブジェクト指定EPC ：ECHONETプロパティESV ：ECHONETサービスEDT ：プロパティ値データ

AEHD SEA DEA EBC EDATA

OHD SEOJ DEOJ EPC ESV EDT

EHD ：ECHONET電文ヘッダーSEA ：送信元ECHOENTアドレスDEA ：相手先ECHONETアドレスEBC ：EDATA領域のバイトカウンタEDATA ：ECHONETデータ

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ECHONET over IP/Bluetooth規格

• Bluetooth を下位媒体とした ECHONET通信規格

– Bluetooth認証取得可能な規格

– BluetoothのPAN（Personal Area Networking）プロファイルを採用

• IPv4の採用

– UDP（ポート番号3610）を使用

– 全ECHONETノードは、IPマルチキャストアドレス（224.0.23.0）に

加入する

• 既存ECHONET通信ミドルウエアは基本的に変更しない

• ECHONET over Ethernet 規格も同様に規定

SDP: Service Discovery Protocol ME:Management EntityBNEP: Bluetooth Network Encapsulation ProtocolL2CAP:Logical LinkControl And Adaptation ProtocolLMP:Link Manager Protocol

：本スペックでの規格化範囲

ECHONET on IP/Bluetoothプロトコルスタック

ECHONETでの規格化部ECHONETでの規格化部

ECHONET通信処理部

プロトコル差異吸収処理部

L2 CAP

SDP

IPv4

ME

ECHONET/IPUDP

共通下位通信インタフェース

F

Bluetooth Baseband

LMP

BNEP

Bluetooth RF

ECHONET通信処理部

プロトコル差異吸収処理部

L2 CAP

SDP

IPv4

ME

ECHONET/IPUDP

共通下位通信インタフェース

F

Bluetooth Baseband

LMP

BNEP

Bluetooth RF

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AV家電の例

ＩＥＥＥ１３９４

次世代ＳＣＳＩ（バス・ツリー型のトポロジー）

非同期／同期転送モード

同期転送のための帯域保証

１００・２００・４００Ｍｂｐｓの転送速度

トポロジーの自動構成認識

ポイント-ポイント型のアーキテクチャ

ＩＥＥＥ１３９４ケーブル

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物理レイヤ

リンクレイヤ

ＡＶデータ転送制御プロトコル（ＩＥＣ６１８８３）

ＤＶ ＭＰＥＧ２ ＭＩＤＩ

…ＶＴＲ チュ

ーナＤＶＤ プリ

ンタ

電子楽器

ＳＢＰ２（ディスク） ＩＰ… …

Ｕプ

レー

ンＣ

プレ

ーン

IEEE1394のAVプロトコルスタック

物理レイヤ

リンクレイヤ

ＩＰ

ＴＣＰ／ＵＤＰ

ＲＴＰ ＲＴＳＰ

Ｕプレーン Ｃプレーン

ＩＥＥＥ１３９４のＡＶプロトコルスタックの例（参考）ＩＰのＡＶプロトコルスタックの例

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IEEE1394におけるAV伝送

パケット（同期転送モード）

data_length

Header CRC

Data CRC

tag channel Tcode EMI O/E sy16b 2b 6b 4b 2b

00 FN QPC rsvSPH DBCSID DBS

10 FMT FDF

(01) (1010)

CIP-H

0000000 cycle_offsetcycle_count

6b

6b

8b 2b 3b 3b 8b

13b 12bSPH

1394 Iso-H: IEEE1394 Isochronous Packet HeaderCIP-H: Common Isochronous Packet HeaderSPH: Source Packet Header

1394Iso-H

MPEG2-TS Packet

(1)

x N

著作権保護関連

同期チャネル番号

クロック同期関連

信号フォーマット

ソースのＩＤ

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インターネットプロトコルにおけるAV伝送例（RTP)

RTP-Header

16(o)

MPEG2-TSPacket

RTPPacket

188 ｘ N (o)

（N=2の例）

IPv4Packet

MPEG2-TS Packet複数個

TSP188(o)

TSP188(o)

TSP188(o)

TSP188(o)

UDPPacket

UDP-Header

20(o)

RTP-Header

UDP-Header RTP-HeaderIP-Header

20(o)

Sequence NumberCCRTPPacket Header 4b 16b

V2b

P X M Payload Type7b

Time Stamp

Synchronization Source-ID(SSRC-ID)

Contributing Source-ID #0(CSRC-ID #0)

Contributing Source-ID #1(CSRC-ID #1)

Contributing Source-ID #15(CSRC-ID #15)

Header Extension

Length 16bDefined by Profile 16b

インターネットプロトコルにおけるAV伝送例（RTPヘッダ)（２）

符号化方式など

シーケンス番号

タイムスタンプ（ＭＰＥＧの時は９０ｋＨｚ精度）

マルチキャスト時のソースの区別

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配信サーバ

ホームネット

ブロードバンドインターネット

コンテンツ作成

著作権保護（セキュリティチェーン）

放送スクランブル

著作権管理

電子透かし埋め込み

ネットワーク上の著作権

保護

蓄積系メディアの著作権保護

対応

暗号化配信

ＣＰＳＡ(Content Protection System Architecture)

• 複数の著作権保護技術が、相互に有機的に機能するように設計されている

CSSDVDビデオ

ビデオ電子透かし

CPRM記録媒体

DTCP伝送

オーディオ電子透かし

CPPMDVD

オーディオ

ビデオ オーディオ

コンテンツのオリジン：記録済媒体やEMD(電子配信）

CSS: Contents Scramble SystemCPPM: Content Protection for Recordable MediaDTCP: Digital Transmission Content Protection CPRM: Copy Protection for Prerecorded Media

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ネットワーク上の著作権保護：DTCP

• 東芝／松下電器／日立／ソニー／Intel （通称5C）

が CPTWG（Copy Protection Technical Working Group）に提案した方式

• Digital Transmission Content Protection（デジタル伝送コンテンツ保護）

• デジタル伝送用の著作権保護技術

• IEEE1394、USB等に加え、IPにも今後対応

DTCPシステム

IEEE1394 Serial BUS

Digital TV機器間で認証を行って，暗号化鍵を共有

コンテンツ（コピー制御情報付き）

AV-HDD

ライセンス組織（ＤＴＬＡ）

DVHS

証明書

証明書

証明書

• 認証および鍵交換

• コピー制御情報の設定

• コンテンツ暗号化

• リニューアビリティ（不正機器の排除など）

コピー制御情報 ：・Copy Never・Copy One Generation・No More Copies・Copy Free

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コンテンツ保護の流れ

送信機器 受信機器

(1) 暗号化コンテンツ

(2) 認証要求

(3) 認証および鍵交換

(4) 暗号化コンテンツ

コンテンツ

（平文）

コンテンツ

（平文）

コンテンツ

（平文）

ネットワーク

Enhanced DVD 規格

• 概要

– DVDビデオ規格のインタラクティブ機能を向上が目的

– インターネット機能を利用した魅力あるコンテンツが実現

• Enhanced Navigation content :ENAVコンテンツ

• 規格のポイント

– DVDビデオ規格とは独立した規格

• DVDビデオ規格の変更は不要

• DVDビデオプレーヤの最小限の修正とENAVコンテンツ再生の追加

• 他のアプリケーション規格 (DVD-Audio規格等)への適用も配慮

– DVDビデオディスクと密接してインターネットを利用

• DVDビデオディスクがあるときにのみ有効 (walled-gardenコンセプト)• DVDビデオディスク及びWeb server からENAVコンテンツの供給

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DVDビデオとEnhanced DVD規格の関係

DVDビデオ規格

Enhanced DVD 規格

DVDビデオプレーヤ

Interactive DVDビデオプレーヤ

+DVDビデオコンテンツ

ENAVコンテンツ

DVDビデオディスク

Interactive 対応DVDビデオディスク

Web server上のENAVコンテンツ

ユーザー選択可能な2つのモードインタラクティブモードとDVDビデオモード

DVDビデオディスクの再生前に決定

インターネットの有無に関わらずScript Screen： 各シーンに対する解説

Alternate Menu: よりグラフィカルなメニューの実現

Playback control: コンテンツ製作者の意図に応じた再生

インターネットの応用によってVirtual theater: チャットによるディレクターとの意見交換

Introduction of new material: 新しいコンテンツ/サービスの提供

Easter Eggs: ディスク上のHiddenコンテンツの再生許可

Audio commentary: ディレクターのコメントをオーディオで提供

T-Commerce: 映画に関連したグッズの販売

Interactive DVDプレーヤのモードと機能例

DVDビデオモード

インタラクティブモード

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無線LAN（IEEE802）

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

TCP

IP

トランスポート

ネットワーク Internet 802.1

Logical Link Control (LLC) 802.2データリンク Medium Access Control (MAC)

Physical10BaseEthernet

802.11

2.4GHz

DS FH

TGb2.4GHz

DSIR

TGa5GHz OFDM

… …

1,2Mbps 5,11Mbps 54Mbps

TCP/IP OSI IEEE

802.3

TGg2.4GHz

DS,OFDM

IEEE802 LAN/MAN Standard Committee

• 802.3: CSMA/CD WG

• 802.11: Wireless LAN (WLAN) WG– 802.11b、11a等の無線LAN、及びAV伝送、セキュリティ

拡張等

• 802.15: Wireless Persona Area Network (PAN) WG– Bluetooth、UWB等

• 802.16: Broadband Wireless Metropolitan Area Networks

• 802.20: Mobile Broadband Wireless Access– １００Mbps級の超高速無線LAN

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802.11 タスクグループ (TGs)

• TGa: 5GHz高速無線LAN(済→802.11a）

• TGb: 2.4GHz高速無線LAN（済→802.11b)

• TGc: 802ファミリとのブリッジング方式（済→ 802.1Dに挿入）

• TGe: MAC層のエンハンスメント（QoS）

• TGf: Access Point（AP)間プロトコル

• TGg: 2.4GHz帯802.11bの高速化 （＞20Mbps）

• TGi： TGeから分離。Security拡張を扱う

• TGn: １００～２００Mbpsの次世代無線LAN

ネットワーク情報家電の現状（東芝を例に）

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東芝のネットワーク情報家電の例

• 生活家電 ＦＥＭＩＮＩＴＹシリーズ

• ネットワークメディアステーション ＴｒａｎｓＣｕｂｅ

• ＤＶＤレコーダ ＲＤシリーズ

• 液晶ワイヤレスＴＶ “ＦＡＣＥワイヤレス”

• デジタル放送 ｅｐチューナ

• 家電向けネットサービスプロバイダ

ネット家電 ＦＥＭＩＮＩＴＹシリーズ・ インターネット／Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ

対応の家電機器

冷蔵庫

洗濯乾燥機

電子レンジ

エアコン

ホーム端末

・ ワイヤレスで家電接続

・ インターネット上の

Ｗｅｂサービスと連携した

生活サービス

東芝FEMINITY シリーズ

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BluetoothTMアダプタ (FEMINITYにて使用）

BluetoothBluetoothアダプタアダプタ

製品制御マイコン

（8bit CISC）

UARTUART

電源電源

Bluetoothモジュール

TX19マイコン

（32bit RISC）

● 既存家電マイコンではBT処理困難

● 通信I/Fの共通部品化

各家電機器に各家電機器にBluetoothBluetoothTMTMアダプタ採用アダプタ採用

・ネット家電制御（エコーネット）処理・SDK

ネットワーク家電システム構成

生活ネット家電群

生活センサ群ITホーム端末

インターネット

Bluetoothによるワイヤレス通信

Webサービスコンテンツ通信

Webアプリケーション

サーバ

Webアプリケーション

サーバ

ITアクセスポイント

センサA センサB

ECHONETによる家電制御

モデム

ADSL, CATV,FTTHなどによる常時接続環境

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レシピデータの要求

レシピデータの配信

初期化時（家電機器の登録）初期化時（家電機器の登録）

ユーザ操作（レシピデータ要求の

ボタン押）

ユーザ操作（同調理実行

ボタン押）

調理プログラムの配信

調理実行

Webアプリケーション

サーバ

ホームルータサービス

ゲートウエイ（ホーム端末）

ネットワーク家電機器

公衆インターネット 家庭内ネットワーク

ブロードバンド・インターネット対応

ＨＤＤビデオレコーダ機能

ワイヤレスＴＶ機能

ワイヤレスストレージ機能

ＴｒａｎｓＣｕｂｅ

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ＴｒａｎｓＣｕｂｅのネットワーク機能

ブロードバンドルータ機能

（ＩＰｖ４／ＩＰｖ６に対応）

無線ＬＡＮアクセスポイント機能

無線ＬＡＮとしてＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／８０２．

１１ａ規格採用

ネットワーク情報家電が実現するユビキタスコンピューティング社会

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ネットワーク情報家電

白物家電業界

パソコン業界

放送／ＣＡＴＶ／コンテンツ業界 通信キャリア

ＡＶ家電業界

住宅／マンション業界

ネットワーク情報家電の意義

高速無線ＬＡＮ

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ

ブロードバンドインターネット

コンテンツサーバ

①配線レス家電・ワイヤレス技術

・簡単設定

②新しい使い方・便利 ・簡単

・省エネ ・先進

③新産業の創出・家庭向けサービス

・家電プラットホーム

家電向けサーバ

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ネットワーク情報家電が目指すべき特徴• 使いやすさ

– 音声操作、プラグ＆プレイ、種別を意識しない接続…

• 環境／エコへの配慮

– 省エネ、電力量制御、ＤＳＭ（デマンドサイド管理）…

• 安心の提供

– 防犯、事故防止、位置確認等のセキュリティの提供

– リモートメンテナンス

• ユーザの購入後のサービスの提供

– テレビ番組からの商品購入、冷蔵庫からの商品購入

– インターネットを通じたコンテンツ配信

• 新しい生活スタイルのご提案

– 常に最新の家電を使いたい → レンタル家電

今後の研究課題• セキュリティ・プライバシー

– 家庭内ネットワークのセキュリティ

– 電子商取引、超流通との関係

• ヒューマンインタフェース

– 簡単操作、初期設定

– マルチモーダルインタフェース

• 大容量アクセス網（FTTH)、IPv6、センサネットワーク、

RFタグ等の次世代ネットワークとの融合

• 社会システムとの融合

• 家電／組込向けソフトウエア

• ネットワーク家電の新しいアプリケーション・・・

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まとめ

ネットワーク情報家電が実現するユビキタス・コンピューティング社会

• 「ＩＴ家電」コンセプトの日本主導発信

• 新たなビジネスモデルの構築の必要性

• 情報化、ネット化されることによるユーザへの新

しい価値の提供

– 使いやすさ

– 環境／エコへの配慮

– 安心の提供

– 新サービス、新生活スタイルの提供

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ご静聴ありがとうございました