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1 環境知能とそれを支えるインフラ技術超低消費電力化技術と産業戦略 2006 年 12 月 11 日 NTT 先端技術総合研究所市川晴久

2 急増を続ける Internet Backbone Traffic 10 年で 100 から 1000 倍のハイペース

3 Millions X-Internet Beyond the PC 情報通信産業のプラットフォームシフトが起こる PC Internet 0 X Internet Year From R.H. Katz, Pervasive2002 Forrester Research, May 2001

4 Post IP につながる 情報通信フ ラットフォームのシフト 主な端末が変わる 主なトラヒックが変わるパソコン 電話 タイムスロット ISDN パケット パソコン + 電話 TV 携帯 パケット With QoS ユビキタス無線端末 映像端末 ストリーム Pre IP Era Internet IP Era NGN Post IP Era

5 ユビキタス時代の 端末 は? 産業競争力強化に結びつけるシナリオ 超低消費電力化技術の役割 ユビキタスシステムのイネーブラ キラーアプリを求めて 環境問題解決への貢献を目指す応用

6 環境知能 - ユビキタス時代の端末 -

7 環境知能への取り組み 環境に潜んで見守る

8 t-room : 未来茶屋

9 sensor network symbols (who, break, vase) [who break vase] drop(vase), walk(taro) Taro! sensor data

10 環境管理 工業化社会における教育 訓練が機能しなくなってきた イデオロギーでまとめるととんでもないことが起きる 多様でいい 新たなリスクが高まりつつある 多文化主義 グローバル化 リバタリアリズムは同じ流れ ICT がリバタリアリズムを実現可能にしつつある 人やコミュニティが存在する環境を管理する機能 酒を飲んだら運転しない 呼気のアルコールを検出したら車が発進しない 東浩紀氏講演より ( 環境知能シンポジウム 2006(2006/9/22))

11 ユビキタスセンサーネットワークを利用したアプリケーション例 平成 16 年 7 月ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する調査研究会

12 ユビキタス NW のグランドチャレンジ 市場はニッチ市場の集合体 アプライアンスと NW の無線インタフェース標準化は困難 にも関わらず ニッチ 低価格アプリケーション実現のため システム構築 オペレーションの低コスト化が必要 セキュリティ プライバシー確保が前提 インターネットのように すべての端末間が端末の自由裁量でつながるネットでは サービス展開が許されない状況が出現している 技術進化への対応 低コストで 将来 登場する端末も収容でき 導入済みの機能を向上できることが必要

13 環境知能を支えるネットワークイ ンフラ戦略

14 持続的イノベーションと 破壊的イノベーションの影響 製品の性能 市場のハイエンドで求められる性能 破壊的イノベーション 持続的技術による進歩 持続的技術による進歩 市場のローエンドで求められる性能 時間 クレイトン クリステンセン イノベーションのジレンマ より引用

15 製品の性能 インターネットにおける破壊的イノベーション (0) 背景 : ソ連のスプートニクショックから 国防システム SAGE(Semi Automatic Ground Environment) 研究の促進要請 (1) ビジョン : Universal Networking (2) プラットフォーム : ARPANET (3) 電子メール リモートアクセスなどの研究者用ネット市場を創り出して持続的発展に着手 WS ミニコン 電子メール SDH PC WDM Web(1991),Archie(1990) UUNET 商用サービス (1987) ARPA-net 誕生 (1969) 時間 IIJ(1993) SUN Microsystems(1982) Cisco Systems(1984) Napster(1999) VoIP/ Instant Messaging (2000) Google(1998) TCP/IP, NSF Net/(Merit,MCI,IBM)(1983) AT&T Divestiture1984) vbns(95) MCI(00)

16 破壊的イノベーション発生までの インターネット 20 年以上にわたる産官学の連携期間に米国のインターネット関連産業は確立した 究極のアプリケーション サービスビジョンは不要 アプリケーションは研究者が日々使って技術を磨き進化させるためのものだった インターネットを発展させた指導原理はアーキテクチャ設計原則 アーキテクチャ設計原則の変更が起きるようならプラットフォームシフトが起きる

17 Architectural Principles of the Internet The goal is connectivity The tool is the Internet Protocol The intelligence is end to end rather than hidden in the network B. Carpenter, Editor: Architectural Principles of the Internet Internet Architecture Board, June 1996

18 ADUN 研究開発のコンセプト ADUN( アドゥン ): アプライアンス デファインドユビキタスネットワーク アプライアンスが持ち込んだインターフェースをネットワークが自動的にサポートするユビキタスネットワーク 従来は NW 側が規定した IF のアプライアンスを接続 アプライアンスの IF を NW が自動サポートして個別プライベート網構築 伝送対象は IP パケットからストリームにシフト 指定されたアプライアンスのみをネットワーキング ( 個人の Closed 網 ) Connectivity 提供から Private Network 提供へシフト セキュリティ / プライバシーにクリティカルなデータをユーザコントロール下で収集 処理 個人 Closed 網を信頼できるエージェントが相互接続 ( 情報 タグ センサ アンテナの共有 ) 従来ネットワーク Appliance Defined Ubiquitous Network 方式 A IP packet transparent Ethernet Network defines interface Appliance defines interface Stream transport 方式 B Connectivity First Security First

19 ADUN 実装例 1: ディジタル光ファイバ無線 ADUN 端末 ADUN アクセス ユーザ独自網 広域ストリーム NW ADUN アクセス ADUN サーバ 電波変復調部 AD 変換部 光伝送 IF 光伝送 IF DA 変換部 電波変復調部 リモート 端末 リモート リモート 送信 / 受信波形をディジタル化 ストリーム化して光ファイバで伝送 SW 光ネットワーク マスタ 無線ネットワークの広域化 ( たとえば ~10km) マスタ局への無線変復調機能の集約 リモート局の簡素化 小型化 リモート局のトランスペアレント化 ( 多様なインタフェースに対応可能 )

20 Fig.3 Owner s view of ADUN Application Private Space Wireless Appliance Wireless Appliance Wireless Appliance Wireless Stream Private Wireless Space Network Application Information Sharing Platform Decoder Decoder Decoder Decoded WAP data Wireless Space Analyzer Search Engine Native digitized radio data Public Space Wireless Appliance Public Wireless Space Network Wireless Appliance Others Space Private Wireless Space Network Wireless Appliance Owner s Resources Other Owners Resources Public Resources Trusted Internetworking Resources

21 Private Wide Area Wireless Application Platform Application Application Application Decoder Wireless Space Network Info. Sharing Platform Decoder Wireless Space Network Decoder Wireless Space Network Decoded WAP data Native digitized radio data Wireless Space Analyzer/Search Engine Owner s Wireless Appliance Public Wireless Appliance Visitor s Wireless Appliance Internetworking

22 フルワイヤレス アプライアンス

23 環境知能を実現するための省 電力化技術 イネーブラとしての省電力化技術 フルワイヤレス アプライアンス パッシブ素材のアクティブ化デバイスへの置き換え 例 ) すべてがディスプレイ 超高速大容量ネットワーク 超高速サーバ

24 イネーブラとしての省電力化技術 フルワイヤレスアプライアンスパッシブ素材のアクティブ化 Private Space Wireless Appliance Wireless Appliance Wireless Appliance Wireless Stream Private Wireless Space Network Application 超高速大容量ネットワーク Application Information Sharing Platform Decoder Decoder Decoder 超高速サーバ Decoded WAP data Wireless Space Analyzer Search Engine Native digitized radio data Public Space Wireless Appliance Public Wireless Space Network Wireless Appliance Others Space Private Wireless Space Network Wireless Appliance Owner s Resources Other Owners Resources Public Resources Trusted Internetworking Resources

25 ( 例 ) 生活空間に遍在できるフレキシ ブル フルワイヤレス端末 Ubiquitous Applicance として 生活空間の中で多様 膨大な情報の収集 見えなくなる 意識しなくても何かをやってくれる存在 人口の 100 倍 ( 例えば家庭内に 1000 個 ) のセンサが存在するためには? ホームセキュリティ 屋内大気モニター屋外夜道の安全確保 室内環境モニター 建物強度 ヘルスチェック ライフライン遠隔検針 自販機在庫管理 ペットの所在管理 要求 設置しやすい ( フレキシブル ) 見えにくい ( 小型 ) メンテ不用 ( 充電 電池交換無し = フルワイヤレス )

26 3 種類のワイヤレスアプライアンス LF Passive Immobilizer ~135KHz Fig.1 Frequency allocation available with RFID HF Passive IC Card Common Use 13.56MHz 869MHz EU 433MHz EU US Japan UHF Passive Short Range Devices 915MHz USA Microwave WiFi 2.45GHz 5.2GHz 5.8GHz Worldwide Regional Almost 315MHz US JAPAN 953MHz Japan 0.1MHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz Active Smart Key

27 ワイヤレスアプラアイアンスの 2 つのクラス ( 具体例 ) クラス 用途例 扱う情報 データ型 (S ルームデモの最初の 2 つの例 ) 実物品検索 健康管理等 各種データ マルチメディア型 (S ルームデモの最後の例 ) 監視カメラ等 データ 動画像 音声等 ( マルチメディア ) グローバル性 室内 ~ 屋外建物内 ( 空港 ホテル等 ) 電池寿命 所要通信速度 技術チャレンジ 一年以上 ( 理想は ) 低速 (300~400MHz 帯利用?) 形態として埋め込み 貼り付けタイプで膨大な数の端末 ( センサ ) 薄少 端末としての省電力 商用電源との組み合せ有り 高速 (2.5GHz 帯利用?) 左記に加えてシステムレベルでの省電力の余地大

28 端末 アプライアンスのトレンド 端末の NW 化と端末数の桁違いな増加 技術の革新は埋め込みデバイス応用の環境知能端末へ PC 携帯はコモディティー化が加速 低コスト 高性能化を追求 (Intel vs PowerPC) 埋め込み端末は未だ未開の地 ターゲットとしての 2 つのクラス 消費電力 (W) m PC 携帯 PDA 情報通信プラットフォーム クラス マルチメディア型 埋め込み端末 多様 膨大な情報の収集 見えなくなる 意識しなくてもやってくれる パブリック設置から 個人の日常空間への浸透 1000 個 / 人 10m クラス データ型 1m 一人あたりの端末数

29 ( 例 ) フレキシブル フルワイヤレス端末技術 20mm 積層化 20mm 0.1mm 超低スタンバイ SOI 無線通信 LSI 積層化フレキシブル薄膜 Li 二次電池 MEMS 発電素子 ( 振動 熱 ) ) 数値は例 超低電力 RF-LSI MEMS 発電素子 + 薄膜電池の融合による自然エネルギー活用型電源技術の融合 どのような環境でも使える 小型 ( 数 cm 角 ) フレキシブル (0.1mm 厚 ) 10 年超の電池寿命を目指す ナノリーク超低消費電力 RF-LSI 技術 マルチ閾値型 RF 回路技術によりナノアンペアレベルのリーク電流を実現 低消費電力間欠動作制御回路により RFLSI の平均電力を 2 桁以上低減 高効率 MEMS 発電技術 MEMS 技術による日常生活空間 (100 Hz 程度 ) での振動発電の可能性 振動センサ 温度センサの集積化によるセンサ機能の搭載 熱発電 フレキシフ ル薄膜リチウム 2 次電池技術 固体電解質使用により ラミネート封入不要で 超薄型 小型化が可能 厚さ約 10μm( 基板含まず ) エネルギー密度 1mWh/cm 2 放電電流密度 3mA/cm 2 振動発電

30 まとめ ユビキタスネットワークがポストIPにつながるシナリオ これをドライブする 端末 としての環境知能 ULPへの期待