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モバ
イルアクセス系
アーキテクチャ
の研究状況
~N
erve
Netと
IDロケータ分離
~N
erve
Netと
IDロケ
タ分離
井上
真杉
、ベド
カフレ、梅
澤猛
、
大西
真晶
、李
睿棟
、大
和田
泰伯
ユニバーサルアクセスプロジェクト
ユニバ
サルアクセスプロジェクト
ネットワークアーキテクチャ
G新世代ネットワーク研究センター
2010
年8月
16日
新世
代ネ
ットワ
ーク
ワー
クシ
ョッ
プ
新世
代のモバ
イルアクセス系
研究
の視
点•
何を接続して何をするためのネットワークか?
–既
存携
帯の
延長
とは
異な
る方
向性
速度
とは
別の
軸「質
」追究
⇒イ
ン既
存携
帯の
延長
とは
異な
る方
向性
、速
度と
は別
の軸
「質」追
究⇒
イン
フラ
型セ
ンサ
ネッ
ト、高
セキ
ュリテ
ィセ
ンサ
デー
タ流
通、柔
軟な
セン
サデ
ータ
活用
プラ
ットフ
ォー
ム
⇒N
erve
Net
•どのようなネットワークが相互接続されるのか?
–ニ
ーズ
、ア
プリケ
ーシ
ョン
、地
域特
性、端
末特
性の
多様
性に
基づ
いて
多様
なネ
ットワ
ーク
が出
現⇒
それ
らを
相互
接続
する
のが
新世
代の
役目
のひ
とつ
のひ
とつ
⇒H
IMAL
IS(ID
ロケ
ータ
分離
)
グローバル新世代ネットワーク
ホームネット
センサネット
ITSネット
IPネット
1
既存センサネットのモデル
•なぜセンサ同士を無線
相互接続するのか?
•どのように?
•なぜ貴重な生データを
まるめてしまうのか?
•どのような経路で、
どのように安全に
データを伝達し格納
するのか?
センサ
群
センサデータ
集約装置
ネットワーク
??
??
•どのような手段でネット
既存アクセス回線
Aky
ildiz
et a
l. A
surv
ey o
n se
nsor
net
wor
ks. I
EE
E C
omm
unic
atio
ns …
(200
2)
のような手段でネット
ワークに接
続するの
か?
•適切
コストか
?•一
斉同
報など可
能か
?
2
Ner
veN
etとは
センサ
で感
知した気
象、交
通、災
害、防
犯、電力
使用
状況
等の地
域事
象に
基づいて地域や住民が求める情報やサービスを多様なプレイヤが提供でき
る神
経網
として機
能するインフラストラクチャ
サービス提
供サ
ビス提
供官
によ
る公
共・公
的サ
ービ
ス民
間企
業に
よる
多様
サー
ビス
セン
サと
ネッ
トを
共有
ネットワーク構
築・運用
官民
共同
or官
単独
or民
単独
自治
体、地
域NPO、地
域情
報通
信企
業、
地域
ディ
ベロ
ッパ
ー、
基地局
移動端末
地域防災・公
共物
監視センター
地域住民
見守りセンター
地域健康
保健センター
地域交通
情報センター
基地局
基地局
さまざまなプレイヤがネットワークとセンサを共有しながら多様
なサービスを提供
サーバ
サーバ
サーバ
地域農業
効率化センター
地域経済
活性化センター
地域詳細
気象センター
サーバ
基地局
サーバ
基地局
サーバ
基地局
サーバ
3
アミュ
ーズ
メン
ト施
設、
地域
業界
団体
サービスの特徴
各サ
ービ
ス市
場規
模は
小さ
い地
域毎
のカ
スタ
マイ
ズ必
要地
元密
着企
業に
有利
タグ
配布
回収
等の
周辺
業務
によ
るビ
ジネ
ス拡
大に
期待
センサ
センサ
無線または有線接続
基地局
外部網への接続
センサ
基地局
サーバ
基地局 住
民住居
インフラ未整備地
区の通
信確
保、ダ
ム・河
川等の監視
農業・酪
農の効
率化・品
質向上・
盗難防止
児童・高
齢者見守り
中小店舗による
ターゲット広
告詳細な気象・交
通情報モニタリング
健康
アドバイス、
体調異常監視
Ner
veN
etは何をもたらすのか
プラット
センサとネットを共有
⇒インフラ相対コスト低減
⇒多
様な組
織体
による構
築・運
用と多
彩なサ
ービス
プラット
フォーム 自
動、簡
単、
頑強
自立、
安全
4
地産地消型データの地域内流通
⇒膨
張バ
ックボーントラヒックの根
本的
抑制
重要
な地
域・個
人センサ
データの地
域内
保存
⇒安全確保、外部との意識的流通
端末
-基
地局
(接
続時
)と端
末-端
末(通
信時
)の
2重
認証
電源投入するだけでネットワーク全体の構築完了
基地局だけで端末管理、通信管理、配信
コンテンツ管理
個人特定情報を使わない属性ベースの情報自動配信
故障・災
害時にも自動で通信経路切替、網再構築
プラットフォーム性
、自
立性
、安
全性
BS
BS
アプリケー
ションソフト
情報
サーバ
(CS
G)
Aさん自
宅
タグ
センサカメラ
Ner
veN
etセンサ
・セル
(センサとの通信範囲
)
A
1端
末接
続時
とア
プリケ
シン
通信
時の
2重
認証
で情
報が
トン
ネル
伝送
ションソフト
モバイル端末認証トンネル(センサ情
報)
モバイル端末認証トンネル(アプリ情報)
タグリーダ
センサ
GW
携帯
情報
端末
モバイル端末認証トンネル(センサ情
報)
モバイル端末認証トンネル(アプリ情報)
BS
CS
G :
Com
mun
ity S
ervi
ce G
atew
ay
アプリケー
ションソフト
情報
サーバ
(CS
G)
Bさん自
宅
B
A
BS
1.
端末
接続
時と
アプ
リケ
ーシ
ョン
通信
時の
2重
認証
で情
報が
トン
ネル
伝送
2.
共用
セン
サか
らの
情報
をユ
ーザ
毎に
異な
る宛
先へ
伝送
可能
⇒プ
ライ
バシ
を確
保し
て自
分用
サー
ビス
を自
分サ
ーバ
でも
実行
可能
⇒異
なる
サー
ビス
提供
者が
リソ
ース
共有
して
低コ
ストに
サー
ビス
提供
5
サーバ
インターネット
オープン系アクセス網
端末
SSL/
IPse
cなどの
VPN技
術
Rou
ter
Rou
ter
認証
Fire
wal
lイ
ンタ
ーネ
ット
コネ
クシ
ョン
レス
型⇒
ユー
ザ認
証に
よる
アク
セス
コン
トロ
ール
エン
ド端
末依
存⇒
端末
での
セキ
ュリテ
ィ対
策や
ファ
イア
ウォ
ール
が必
要
Ner
veN
etの特
徴データ分
散管
理レイヤ
•BSに
DBと
情報
処理
機能
を搭
載、
全BSで
情報
共有
•情
報1: 端
末登
録情
報・所
在情
報⇒
端末
接続
時の
認証
、通
信相
手先
探索
、端
末移
動制
御
BSBS
BS
BSBS
BS
端末登録
プッシュ配信
端末
登録
情報
・所
在情
報
地域
情報
・人
気コ
ンテ
ンツ
認証
、通
信相
手先
探索
、端
末移
動制
御
•情
報2: 地
域情
報や
人気
コン
テン
ツ⇒
属性
にマ
ッチ
する
情報
を端
末へ
自動
プッ
シュ
、効
率的
情報
流通
制御
管理
レイヤ
•BSに
よる
通信
接続
制御
・管
理
•BSに
よる
端末
接続
時の
認証
•複
数セ
ンサ
-端
末-複
数サ
ーバ
にトン
ネル
設定
伝送
レイヤ
•BSに
よる
自律
分散
経路
制御
+初
期設
定サ
ーバ
によ
BSBS
BSBS
BS
BSBS
BS
連携
制御
連携
制御
BSに
よる
自律
分散
経路
制御
+初
期設
定サ
バに
よる
初期
経路
算出
のハ
イブ
リッ
ド型
⇒動
的無
線環
境で
の高
速な
網設
定完
了と
安定
高速
な経
路制
御
•代
替経
路含
む複
数経
路を
自動
設定
•リン
ク障
害時
に高
速切
替
•高
効率
パケ
ット拡
散通
信プ
ロトコ
ル
物理
リンクレイヤ
•周
辺BSと
の有
無線
リン
ク状
況の
自動
認識
と上
位と
連携
した
通信
経路
自動
設定
6
BSBS
BS
BSBS
BS
BS
BSBS
BS
連携
制御
BS1
BS7
BS7
BS1
Ch
100
伝送レイヤ性能
BS5
2hop
2hop
2hop
3hop
19.3
Mbp
s
19.4
Mbp
s
19.3
Mbp
s
12.4
Mbp
s
BS6
roof
top
2nd
floor
BS5
BS6
Ch
104
Ch
128 C
h11
6
Ch
132
Ch
112
BS4
BS2
1hop
1hop
12.4
Mbp
s20
.4M
bps
19.3
Mbp
s
BS3
0m
Ch
108
Ch
124
BS3
BS4
BS2
Ch
132
100m
NIC
T小金
井本
部の
俯瞰
図。
BS1
, 2は
屋上
設置
。B
S3~
7は2階屋内に設置。
5GH
z帯(W
56規
格)
で接
続。
UD
Pのスループット測定結果。
BS
3⇒B
S2⇒
BS
1の
2ホップ、
BS
3⇒B
S4⇒
BS
5の2ホ
ップ、
BS
3⇒B
S4⇒
BS
6⇒B
S7の
3ホップ、いずれも
ホップによる顕
著な低
下は
無い。
7
NM
基地
局間
高速
同期
性能
登録
SIP
レジスト
NID=9
NID=2
NID=5
②認
証/更
新
基地
局<BSID=1>
Aliv
e
13
12
12
14
14
12
13
14
13
NM
BS_1
BS_2
BS_3
BS_4
BS_5
BS_6
BS_8
BS_9
BS_10
BS_
7
NID
=9
NID
=2
NID=5
NID
=1
NID
=22
NID
=13
NID
=8
NID
=12
NID
=25
My
BS T
able
BSID
=1
BSID
=2
BSID
=3
Oth
er B
S T
able
①SIP
接続要求
③Bro
adca
st送
信{BSID
=1
NID
=5
Cre
ate}
移動
端末
BS T
able管
理機
能
網内
端末
情報
網内
端末
情報
同期
転送
機能
<受
信>
他BS
④Bro
adca
st受
信{BSID
=3,N
ID=
25,C
reat
e}
数字は
ミリ秒
基地
局数
10
有線
接続
端末
1台
がBS_1に登録
端末
情報
がBS_1から各
BSへ
同期
転送
片寄
り無
し、12~
14ミリ秒
{BSID
=1,N
ID=
5,C
reat
e }
網内
端末
情報
同期
転送
機能
<送
信>
他BS
数字は
ミリ秒
8
NM
BS_1
BS_2
BS_3
高速
経路
切替
性能
54
45
53
NM
BS_1
BS_2
BS_3
1リンク切
断2リンク切
断
55
56
59
60
56
64
70
56
54
53
BS_4
BS_5
BS_6
BS_8
BS_9
BS_10
BS_7
54
51
45
54
53
58
51
57
50
56
49
44
57
58
55
65
50
49
56
56
BS_4
BS_5
BS_6
BS_8
BS_9
BS_10
BS_7
数字
は秒
リンクA
リンクB
基地
局数
10
有線
接続
BS_2と
BS_5の間のリンクを切断
各BSの経路変更完了時間(ミリ秒)
最大
で70ミリ秒(B
S_7)
片寄り無し
65
956
BS_2-B
S_5間リンク
(A)、
BS_6-
BS_9間リンク
(B)を
ほぼ同
時に切
断上
段:A切
断後
の経
路変
更完
了時
間下
段:B切
断後
の経
路変
更完
了時
間特別な増加、片寄り無し
理論
的に
60ミリ秒×
2程度で完了
数字
はミリ秒
9
耐障害性能
既存アクセス回線、インターネットとの比較
IXIX
ISP
ISP
ISP
IXIX
ISP
ISP
ISP
インターネット
Ner
veN
et
携帯メール
24.8
%が「全
く使
えない」※
1
基地局やアクセス回線が破損
しても稼動基地局のみでネット
災害による回線切断
・輻輳により
83%が
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
学校
企業
家庭
基地
局
基地局
基地局
基地局
基地局
基地局
基地局
基地局
基地局
携帯
無線
LANホットスポット
ワーク維持・運
用可能
災害による回線切断
輻輳により
83%が
「固
定電
話が全
く使
えない」※
1
災害による停波・輻
輳により
63%
センサ
センサ
基地局
センサ
基地局
基地局
•インターネットは建
造物
までの「点
」展
開
•インターネットや
既存
無線
アクセスはツリー型
ハイアラーキ⇒
端末
からネットワークへ
のアクセ
ス経路は
1つ(原
則)
•アクセス網
にサ
ーバ
を置
けない
センサ
センサ
センサ
•「横
展開
」して低
コスト、省
電力
にセンサ
を収
容
•内部
にサ
ーバ
接続
可能⇒
低遅
延、高
セキュリ
ティ、サービス展開の自由度大
•インターネットと多
地点
で相
互接
続
ローカルに完結したクラウドは
災害時でも常時利用可能
※1 中
越地
震時
のデータ(科
学未
来戦
略ワークショップ報
告書
ディペンダブル
ネットワークより)
が「携
帯通
話が全
く使
えない」※
1
被災地内の通話も困難
10
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
Ner
veN
etの潜在能力
BS•あ
るBS
を起
点に
ツリ
経路
を生成
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BS …
•10端
末/B
S•1カメラ
/BS
•16k
B/撮
影
トタルで
ツリー経
路を生成
•すべての
BSに対
して実
行
•リンク当たり平
均55
経路
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
BSBS
トータルで
•端末
1000
台•カ
メラ
100台
10 B
S ×
10 B
S
リンク帯域
10M
bps以
内で上
記配
信が可能
⇒マルチポイントーマルチポイント通
信が得
意⇒
今後
のセンサ
ネット、
M2M
、In
tern
et o
f Th
ingsの基
盤11
Ner
veN
etの意
義センサ
ネットワークのポイント
•センサ
データの活
用が鍵
⇒アプリケーション出現
⇒IC
Tによる生活高度化
•アプリ毎に独立したセンサ群整備
は不経済で事実
上不可能
アプリ毎に独立したセンサ群整備
は不経済で事実
上不可能
•広域に整備されるセンサ群を効率的にネットワークに接続し、それらを共有する仕組
み(プ
ラットフォーム)が
必要
•アプリケーションごとに安全に情報を管理できることが必要
既存技術
•インターネットではセンサを複数アプリで共有できない(光
/DSL
/携帯の
PPPト
ンネルの
制約)
固定回線を必要とする無線
LANでは
リア展開
が容易
でない
•固定回線を必要とする無線
LANではエリア展開
が容易
でない
Ner
veN
et
•データベース内
蔵基
地局
群が通信
制御
と端
末情
報管
理を行
う新
しいアーキテクチャ
•多
数のセンサ
を複
数のアプリケーションで共
用する仕
組み
を提
供
•基
地局
同士
の横
展開
型でエリア展
開が容
易、センサ
と端末
を効率
的に収
容
12
性能
評価
とアプリケーション実
験(リアル
タイム
広告
配信
アプリを総
務省
SCO
PEで受託研究開発)を北
海道岩見沢
市等
と連
携して行
うため、前
半に小
金井
で事
前実
験を実
施し、後
半に同
市に装
置を設
置して技
術実
証実
験、技
術
本年度
の計
画
NIC
T
人口
9万人
世帯
4.2万
面積
481k
m2
人口
密度
189人
/km
2
有効
性確
認・改
良を計画。
複数のセンサ
SCO
PE実
験(地
域適
応広
告配
信)
連結
連動
基地
局
DB
13
パナソニック殿実施中
高齢
者見
守り実
証実
験
北海
道岩
見沢
市
NIC
TN
erve
Net
大規模環境での検証
連動
ID/ロ
ケータ分
離ネットワーク
–Ro
ugh
pict
ure
–•S
essi
on (p
acke
t) id
entif
icat
ion
by ID
s
Vario
us
loca
tor
Vario
us a
pplic
atio
ns
Com
mon
ID s
pace
ID/lo
cato
r m
appi
ng
reco
rds
•Het
erog
eneo
us L
3 ne
twor
ks s
u ppo
rt
14/3
0
通信方式が異なるネットワーク
(IP, n
ew p
roto
cols
)
loca
tor
spac
es
pp•L
3 pr
otoc
ol
inde
pend
ent m
obilit
y,
mul
tihom
ing,
sec
urity
su
ppor
t
•Rou
ting
by lo
cato
rsセンサネットワーク
14
ID/ロ
ケータ分離機構の概要
ID
Tran
spor
t
Appl
icat
ion
Bind
ing
ID(s
) an
d Lo
cato
r(s)
Tran
spor
t
Appl
icat
ion
Phys
ical
Dat
a lin
k
Net
wor
k
Hos
tBo
rder
Rou
ter
Hos
tLi
nkLi
nk
Loca
tor
Iden
tity
Phys
ical
Dat
a lin
k
Net
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Phys
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k
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Loca
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Com
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tity
laye
rN
etw
ork
laye
r in
depe
nden
t tra
nspo
rt a
nd u
pper
laye
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nctio
nsH
eter
ogen
eous
net
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k la
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prot
ocol
s su
ppor
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Exis
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IP n
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ID a
nd lo
cato
rLi
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tions
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supp
ortin
g he
tero
gene
ous
netw
ork
laye
r pr
otoc
ols
and
loca
tors
, mob
ility
and
mul
tihom
ing,
sca
labl
e ro
utin
g, a
nd t
raff
ic e
ngin
eerin
g.15
研究課題
1.ID
sco
nfig
urat
ion
2ID
tolo
cato
rm
appi
ngre
cord
sst
orag
ean
ddi
strib
utio
n2.
ID t
o lo
cato
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連情
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関連文
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ユニバーサ
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