[ROSCon JP 2023]
サイバーフィジカルシステム向けサービス基盤の実現に向けたROS2ベースの情報流通基盤および実証実験の取り組みについて
2023/9/26
NTT ネットワークサービスシステム研究所
東 信博 木津 貴秀 徳永 和宏 東條 琢也 桑原 健

ROSCon JP 2023

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本発表の構成
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•
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背景
課題
協調型インフラ基盤/協調制御GW
実証例

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背景• 少子高齢化の進展等に起因する各種社会課題への対応– これまで人手で行ってきた作業の省力化/自動化/高付加価値化が急務• 情報通信技術の発展– 通信の高速・大容量化に加え、信頼性・遅延要件の厳しいミッションクリティカルなサービス等についても今後収容可能に

User experienced
data rate(Mbit/s)

Peak data rate
(Gbit/s)Enhanced mobile broadband

20100

IMT-2020

Gigabytes in a second

10
1

3D video, UHD screensWork and play in the cloud

Smart home/building

Area trafficcapacity(Mbit/s/m2 ) 10

Spectrumefficiency
1´

1Augmented reality

3´

0.1

Industry automation
Mission critical application

Voice
Smart city

Self driving car

1´350

10´100´

IMT-advanced

Networkenergy efficiency

Future IMT

510

Massive machine typecommunications

Ultra-reliable and low latency
communications

出典: ITU-T, “IMT-2020 Background,” M.2083-02
https://www.itu.int/md/R15-IMT.2020-C-0001 , 2016
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610Connection density2(devices/km )

400

500
Mobility(km/h)

101
Latency(ms)M.2083-03

出典: NTTドコモ ホワイトペーパー “5Gの高度化と6G,”
https://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/whitepaper_6g/ , 2021
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背景• Cyber-Physical System(CPS)• 仮想空間と実空間の緊密な相互作用により特徴づけられるシステム• ユースケース例• 車両の遠隔監視・自動運転(乗用車，物流トラック，農機等)• エネルギーマネジメント• スマートシティにおけるエリアマネジメント 等• 各種社会課題の解決策として期待
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出典：「令和2年版情報通信白書」（総務省）
https://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/r02/html/nd141100.html
licensed under CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ja© 2023 NTT CORPORATION. All Rights Reserved.

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実現に向けた課題•

CPSを構成する系全体(デバイス/NW/クラウド)での安定性/低遅延性の確保– 特に、デバイス自体の移動や、他の外乱要因などに起因するNW品質変動への対応が必要•

ロバストなNWの実現が必要不可欠– 低遅延な通信の実現 → MEC (Multi-Access Edge Computing)基盤の利用•

CPSサービス構築の負担軽減– NWの存在を意識させない (デバイス-MEC間のデータ流通のサポート)– CPSにおける基本動作(取得・判断・制御指示)のロジックを簡単に組めるように• ビル影への移動などによる電波環境の急激な変動• デバイス近傍の輻輳
• セルのエリア端等の影響で通信品質が急激に劣化する可能性あり

NW

デバイス
センサアクチュエータ

クラウド(MEC基盤)

センサ情報
どこか1箇所が破綻すると系全体が破綻

判断機能

制御指示
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協調型インフラ基盤のコンセプト••

情報処理基盤(MEC基盤)、ネットワーク、デバイスの3つの間の協調制御により、エンド・ツー・エンド（E2E）でサービス要件を満足し、ミッションクリティカルなサービスの提供を実現するための基盤技術
複数のドメインが協調して動作することで、従来の構成では実現できない高度なサービスの提供を目指す

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デバイス/NW/MEC基盤の協調制御• 様々な情報をもとに、ドメインをまたぐ多数の制御対象に対する統合的な制御• 系としての全体最適な制御を実現
現在・未来位置情報

速度 / 走行ルート

周囲の状況

NW品質情報実行基盤のリソース状況

情報収集

情報処理・判断

デバイス
状況判断

NW品質予測・・・

制御指示
車両の減速・停止

映像ビットレート変更NW切り替え

QoS制御の適用

処理リソースの確保/解放

外部コンポーネントへの通知

ドメイン横断的な協調制御により、系全体での安定動作を担保

デバイス
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NWMEC基盤© 2023 NTT CORPORATION. All Rights Reserved.

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協調制御GW••

協調型インフラ基盤を構成するコンポーネントのひとつ。ROSノードとして実装。
E2Eでの安定した基盤の提供、およびサービスの柔軟な収容を実現するため、以下の3つの機能を提供
1.

外部コンポーネントの収容
••

2.
3.

農機・車・ドローン等の各種制御PFやデバイス自体との連携を志向し、ROS2のTopic通信をサポート
このほかgRPC, HTTP/RESTにも対応

デバイス – MEC基盤間の情報流通協調制御における基本的な動作(入力・判断・指示)を制御ロジックとして簡易に記述可能に(次頁)
ユーザはこの部分を用意し接続
ユーザ定義
コンポーネント

1.外部コンポーネントの収容(ROS2, gRPC, REST,...)

制御ロジック / 設定

協調型インフラ基盤
協調型インフラ基盤コンポーネント
コンポーネント

2.デバイス - MEC基盤間の情報流通
Network

協調制御GW(デバイス側)

基盤として構築する範囲
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3. 簡易な制御ロジックの簡易な設定ロジックの記述・投入

デバイス

制御ロジック / 設定

ユーザ定義
コンポーネント

協調型インフラ基盤
協調型インフラ基盤コンポーネント
コンポーネント

協調制御GW(MEC基盤側)MEC基盤© 2023 NTT CORPORATION. All Rights Reserved.

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制御ロジック/設定ファイル••

情報取得・判断・制御指示を簡易に記述
機器構成や実現したい内容に応じて、柔軟に処理を変更・チューニング可制御ロジックファイル
記載イメージ(MEC基盤側)

制御ロジックのトリガ条件

制御ロジックファイルの構成

グローバル設定

取得した情報を制御ロジックで使えるよう定義

実行内容

設定ファイル 記載イメージ(MEC基盤側)
制御ロジックの定義

制御ロジックで用いる変数の定義

制御指示の実行要否判断

制御指示
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実証例
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これまでにラボ環境や農場等で協調制御の効果・実現性を評価–

走行状況に応じた映像解析用処理リソースの追加、NW状況に応じた映像ビットレート変更など–

走行中の車両から取得可能な情報をもとにMEC基盤側でNW品質劣化を予測し、実際のNW劣化前に、映像伝送に利用するNWを切り替えられることを確認

現在は車両の遠隔監視の実証実験を実施中

実証構成イメージ
gRPC
HTTP/RESTROS2 Topic
RTP

無線品質
情報取得

制御ロジック
・位置情報、無線品質情報を取得しMEC基盤側に流通・利用NW切替指示をNW制御機能に連携

制御ロジック• 位置情報、無線品質情報をもとに将来のNW品質を予測• NW品質予測結果をもとに利用NW切り替え要否を判定• 判定要の場合は利用NW切り替え指示をデバイス側に流通

現在・未来位置情報 / 無線電力情報

無線品質情報協調制御GW(デバイス側)

現在位置取得
利用NW
切替指示

現在位置情報未来位置算出

NW
制御

カメラ/エンコーダ

車両
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利用NW切替指示

NW品質予測要求
協調制御GW(MEC基盤側)
制御判断
ロジック

NW品質予測エンジン

NW品質予測値

監視映像

デコーダ

MEC基盤

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まとめ
• 社会課題の解決に向け、CPSの社会実装を促進を目指し、協調型インフラ基盤および協調制御GWのコンセプトを紹介– 安定した系を実現するための協調制御– ROSコンポーネントとの連携を志向– デバイス-MEC間のNWの意識させない情報流通– 簡易なロジック記述機構• 実用化に向けた実証実験の取り組みの紹介

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