携帯電話の不思議 ~そのカラクリを解く ~

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いおりかいじ
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1 本資料について本資料は下記文献を基にして作成されたものです文書の内容の正確さは保障できないため正確な知識を求める方は原文を参照してください書籍名 : 携帯電話の不思議 ~そのカラクリを解く~ 編集 : パナソニックモバイルコミュニケーションズ株式会社技術研修所発行者 : 松尾泰発行年月日 :2005/3/15 出版社 : 株式会社エスシーシー (SCC) 1

2 携帯電話の不思議 ~ そのカラクリを解く ~ 渡邊研究室若原宏太 2

3 1. 携帯電話が繋がる仕組み 3

4 携帯電話が繋がる仕組み 1 基地局と交換機基地局携帯電話と直接交信する装置携帯電話から発信する電波は一番近い基地局に送信携帯電話と基地局間の電波の届く範囲は 1km~5km 交換機周囲の多くの基地局を接続交換機は多くあり関門交換機に繋がっている 4

5 基地局交換機関門交換機の関係関門交換機交換機交換機基地局基地局基地局携帯電話携帯電話携帯電話 5

6 携帯電話が繋がる仕組み 2 ホームメモリと位置登録ホームメモリ交換機に設置位置登録携帯電話が今どのエリアにいるかがを登録されている携帯電話は周囲の基地局からの電波の強さを測定携帯電話から電波の強さを交換機に送信交換機は一番電波が強い基地局が登録されているエリアをホームメモリに登録 6

7 ホームメモリと位置登録関門交換機ホームメモリ A さんエリア 1 エリア 2 エリア 2 エリア 3 交換機 A 交換機 B 基地局基地局基地局位置登録エリア 1 エリア 2 へ移動位置登録エリア 2 エリア 3 へ移動位置登録エリア 3 7

8 携帯電話が繋がる仕組み 3 ハンドオーバとローミングハンドオーバ現在使っている基地局からの電波の強さと周囲の他の基地局からの電波の強さを測定現在使っている基地局からの電波が弱くなるとより電波の強い基地局の番号を交換機に通知交換機は今まで使っていた基地局から新しい基地局へ切り替えローミング異なる通信業者に登録している携帯電話固定電話 PHS との間でも通話できる携帯電話会社 NTT の固定通話網はそれぞれ関門交換機を通じて繋がっている 8

9 携帯電話が繋がる仕組み 4 認証と暗号化通信認証使用を許可された携帯電話加入者であることを確認する機能携帯電話が基地局の圏内に入った時端末の電源が投入された時通信を行う時に行う K A :A さんの認証鍵 A さんの携帯電話サービス要求認証用乱数 R 交換機ホームメモリ K A :A さんの認証鍵 X A =E(K A,R) を計算認証応答 X A Z=E(K A,R) を計算 X A =Z? 不一致共通鍵を相互に生成一致共通鍵で暗号化通信非接続 9

10 携帯電話が繋がる仕組み 5 電子メール携帯電話の電子メール A さんの携帯電話のメールアドレスと B さんのメールアドレスがメールセンタに登録されている A さんから B さんにメールを送信する時基地局 A 交換機 A を経由してメールセンタに送信される B さんのメールアドレスから B さんの電話番号を検索メールセンタから B さんの携帯電話を登録している交換機 B 基地局 B を経由して B さんの携帯電話に送信される A さんの携帯電話エリア A 基地局 A A さん AAAA 現在地 : エリア A 交換機 A ホームメモリメールセンタ docomo.ne.jp A さん AAAA aaaa@docomo.ne.jp B さん BBBB bbbb@docomo.ne.jp 交換機 B ホームメモリエリア B 基地局 B B さん BBBB 現在地 : エリア B B さんの携帯電話 10

11 2. 携帯電話の中身の技術 11

12 携帯電話の中身の技術 1 電波について電波の伝わり方周波数が高いほど建物などの障害物の影響を受けるその反面通信できる情報量は多くるアンテナの長さ 800MHz の周波数の携帯電話の波長は 0.375m (λ= / =3/8) となるアンテナの長さは波長の 1/4 としていることが多く m(9.375cm) となる携帯電話の電波の割り当て第 2 世代の携帯電話 :800MHz 帯と 1.5GHz 帯第 3 世代の携帯電話 :2GHz 帯 12

13 携帯電話の中身の技術 2 通信方式パケット通信の仕組みユーザのメッセージはパケット交換機でメッセージをパケットに分解しパケットに宛先 (IPアドレス) とパケット番号を付加パケット通信では複数のユーザで回線を共有して送信する相手先のパケット交換機は受信したパケットを宛先別に分けパケット番号順に揃えてメッセージを再構築し宛先のユーザに送信 A ユーザメッセージ A C パケット交換機 A-C:2 C A-C:1 C パケット通信パケット交換機 A-C:2 C A-C:1 C ユーザメッセージ C A C B B D B-D:2 D B-D:1 D B-D:2 D B-D:1 D B D D B-D:2 D A-C:2 C B-D:1 D A-C:1 C 13

14 携帯電話の中身の技術 3 無線通信技術 CDMA(Code Division Multiple Access: 符号分割多元接続 ) 同一の周波数を共有し各ユーザに拡散符号を割り当てることにより多重化する方式 W-CDMA CDMA2000 などの第 3 世代の携帯電話に使用同一の無線周波数を共有しユーザ毎に異なる拡散符号を使用する電力電力電力固有の拡散符号同じ拡散符号でで周波数を拡散周波数を復調周波数送信周波数 5MHz(W-CDMA) 1.25MHz(CDMA2000 1X) 周波数受信電力 5MHz(W-CDMA) 1.25MHz(CDMA2000 1X) 周波数拡散符号 4 符号 3 符号 2 符号 1 時間 14

15 3. モバイルマルチメディアを支える技術 15

16 モバイルマルチメディアを支える技術 1 携帯電話用 OS 携帯 OS が必要なわけインターネットを利用できるようになりコンテンツ配信電子商取引メール受信などの携帯電話の高度化が進みソフトウェアの開発を効率化する点から OS の搭載が重要になる携帯電話用 OSの比較 OS リアルタイム処理消費電力 GUI 機能マルチメディア機能 ITRON Symbian ~ Linux ~ ~ Windows CE 16

17 モバイルマルチメディアを支える技術 2 携帯 Java ~ ソフトウェアのダウンロード ~ 携帯 Java でさらに便利に Java で開発されたソフトウェアは特定の OS やハードウェアに依存することがないサービス ( ソフトウェア ) を Java を搭載した携帯電話にダウンロードすることが可能ダウンロードしたデータを加工してサーバに送り返したりデータを自動的に更新したりすることができるリアルタイムに変化する情報について常に新しい情報を自動的に配信する機能を搭載 ( 株価天気予報 ) ゲーム便利ツール携帯 Java エンターテイメント情報ツール 17

18 モバイルマルチメディアを支える技術 3 UIM カード ~ 加入者情報書き込み IC カード ~ UIM(User Identity Module) カードは GSM(Global System for Mobile Communications) 携帯電話が採用している SIM(Subscriber Identity Module) カードと同様の IC カードで第 3 世代の携帯電話に採用 UIM カードには加入者識別情報 ( 登録情報 ) 加入者電話番号電話帳データ文字メッセージ情報積算通話料金などが記憶されているカードを異なる携帯電話に ICカード化でセキュリティが差し替えて使える大幅に向上する UIMのメリット他事業者とのローミングが容易になる UIM 差し替え 18

19 モバイルマルチメディアを支える技術 4 赤外線 (IrDA)/ Bluetooth( 近距離無線通信 ) 赤外線通信 (IrDA) IrDA(Infrared Data Association) という業界団体が技術使用を策定した国際標準規格 PC とのデータ交換テレビのリモコンなどの用途 Bluetooth( 近距離無線通信 ) PC PDA 携帯電話コードレス電話音楽プレーヤその他様々なデジタル機器を近距離無線通信で接続する国際標準規格の技術規格名 IrDA Bluetooth 伝送媒体赤外線 2.4GHz 帯電波伝送速度 115.2kbps ( 携帯電話の場合 ) 64k~ 240kbps ( 携帯電話の場合 ) 伝送距離 20cm~1m 10m 位置合わせ必要不要情報データデータ音声オーディオ 19

20 モバイルマルチメディアを支える技術 5 GPS 受信 ~ 位置情報サービス ~ GPS 受信とは GPS(Global Positioning System) 受信機を搭載した携帯電話が GPS 衛星の発信を受信し受信者の地球上での位置を知ることが可能 GPS 受信機は緯度経度高さおよび時刻測定のため最低 4 機の衛星の航法メッセージを受信する必要がある GPS を利用した位置情報サービス情報取得型サービスコンテンツプロバイダが提供する位置情報に関連したコンテンツを利用し自分の位置の地図を表示する位置把握型サービス第三者や物などの位置をパソコンや携帯電話などから把握するサービス 20

21 モバイルマルチメディアを支える技術 5 携帯電話とネットワークが連帯した GPS 受信の仕組み GPS 衛星 4 機以上常時航法メッセージを送出携帯電話ユーザ位置情報を要求 GPS 補正情報をもとに GPS 受信し結果を基準局に送信位置情報を入手基地局携帯電話の携帯電話のネットワークネットワークリクエスト ( 基地局から受信した地域名 ) GPS 補正情報 ( 衛星の番号方位高度など ) GPS 受信結果位置情報 ( 経度緯度 ) 位置情報センター ( 基準局 ) 地域名をもとにその地域の GPS 補正情報を送信 GPS 受信結果をもとに位置を計算し位置情報を送信 21

22 モバイルマルチメディアを支える技術 6 2 次元コードリーダ ~ 商品情報の提供 ~ 2 次元コード平面状に配置したセルと呼ばれるマス目で情報を表すバーコードに比べ小さな面積に非常に多くの情報を入れることが可能 ( 数字 :7089 文字漢字 :1817 文字 ) どの方向からも読み取り可能一部汚れていてもデータを復元できる携帯電話の内蔵カメラで 2 次元コードを読みより URL 情報を入手してWebにアクセスするデータを電話帳に入力する商品情報の入手するといったことができる 22

23 モバイルマルチメディアを支える技術 7 非接触 IC チップ搭載 ~ ケータイ財布ケータイ定期券 ~ 非接触 IC カードとは読み取り器から発信される電波をカード内部のアンテナと電子回路で電力を取り情報を交換する方式 10cm 程度の近距離で 106k~212kbps と高速に通信非接触 IC チップ搭載の携帯電話ケータイ財布コンビニでのショッピング自動販売機での購入飛行機の搭乗手続き映画館のチケットレンタルビデオなどの会員証ポイントカード電子マネーとして各店舗での利用などに利用ケータイ定期券 JR 東日本は定期券や乗車券を搭載したモバイル Suica を開始している 23

24 モバイルマルチメディアを支える技術 8 無線 LAN ~ 高速無線通信 ~ 無線 LAN とは無線通信でデータの送受信をする LAN のことで各端末には無線 LAN カードが必要でアクセスポイントと呼ばれる中継器を介して通信を行う無線 LAN の規格規格名 IEEE802.11b IEEE802.11a IEEE802.11g 使用周波数 2.4GHz 帯 5.2GHz 帯 2.4GHz 帯伝送速度最大 11Mbps 最大 54Mbps 最大 54Mbps メリット普及率が高く安価伝送速度が高速他の機器からの干渉が少ない伝送速度が高速 IEEE802.11b と互換性があるデメリット 2.4GHz 帯を利用する機器が多く干渉を受けやすい見通しが悪い環境で速度の低下が多くなる屋内使用に限定 2.4GHz 帯を利用する機器が多く干渉を受けやすい 24

25 モバイルマルチメディアを支える技術 8 無線 LAN ~ 高速無線通信 ~ 2 ホットスポットとは無線 LAN を利用した公衆インターネットサービス駅や空港ビジネスエリアホテルなどに無線 LAN のアクセスポイントを設置しインターネットを利用するサービス無線 LAN 搭載の携帯電話屋外では携帯電話としてオフィス内では無線 LAN を利用した VoIP(Voice Over IP) による無線電話といった用途携帯電話網携帯電話網インターネットインターネット電話網電話網携帯電話としてホットスポットでは無線 LAN 端末としてアクセスポイントオフィスでは内線電話として PBX( 構内交換機 ) 構内基地局 25

26 モバイルマルチメディアを支える技術 9 テレビケータイ ~ デジタルテレビ放送との融合 ~ 1 セグ放送でテレビケータイ携帯電話向けデジタルテレビ放送は 1 セグメントを使用動画像符号化方式は H.264 という MPEG-4 より 2 倍程度圧縮率が高い方式を採用 QVGA( pixel) で 15 フレーム / 秒の映像を 200kbps 以下の通信速度で伝送外出先でケータイ向け放送を受信して視聴しテレビケータイから番組参加クイズ回答アンケート回答などが可能 26

27 おわり 27

28 VoIP(Voice Over IP) ~IP 電話 ~ ユーザ宅ユーザ宅一般の電話機一般の電話回線従来の従来の電話網電話網 VoIP GW VoIP GW IP 中継網通信業者通信業者の IP IP 網 IPセントレックスサーバ交換機一般の電話回線 IP 中継電話ユーザ宅 / 企業ブロードバンド回線向け IP 電話 VoIP GW ブロードバンド回線 IP パケット網 IP パケット回線交換網 SW 企業企業向け IP 電話 28

センターでは,WAP からの位置情報を受信し, WAP が適切に設置されたかどうかを確認する提案システムのシーケンス概要図 2 に提案システムのシーケンスを示す. 携帯端末は,WAP から無線 LAN の電波を受信すると, DHCP サーバに対して IP アドレスを要求する. この要

センターでは,WAP からの位置情報を受信し, WAP が適切に設置されたかどうかを確認する提案システムのシーケンス概要図 2 に提案システムのシーケンスを示す. 携帯端末は,WAP から無線 LAN の電波を受信すると, DHCP サーバに対して IP アドレスを要求する. この要災害時における電子メールによる安否通信方法の検討竹山裕晃名城大学大学院理工学研究科渡邊晃名城大学理工学部 1. はじめに大災害時には, 家族や友人などに自分の安否を知らせようとする人や, 被災地にいる人を心配して連絡を取ろうとする人によって, ネットワークのトラヒックが増大し, 通信不可能になることが多い. また, 基地局の倒壊などにより通信環境自体が破壊される場合もある. そこで本研究では,