電子情報通信学会

通信ソサイエティマガジン
Communications Society Magazine
2007

秋号

2

No.

小特集の発行にあたって

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
編集チームリーダ

小特集❷

放送通信融合とマルチメディア技術

井上真杉・落合秀樹

編集チームリーダ

阿久津明人

ユーザを取り巻く情報端末を相互に接続して構成する

放送通信融合には技術革新がもたらす放送と通信の垣パーソナルエリアネットワーク（PAN：Personal Area

根を超えた新しいサービスの創出への期待が込められてい

Network）―この言葉に目新しさを感じる人は少ないかもる．創出されるサービスは，情報という生活に根ざしたモノしれない．PAN の概念が提唱されて久しいが，まだそののサービスであるからこそ期待が大きい半面，一方で制度一部しか実現されていない．しかしながら本小特集を御覧

面，技術面，生活面などでまだまだ本質的な課題が残る．

になれば，技術や標準規格の着実な進歩によって，PAN

本小特集は，二つの解説論文と二つのサーベイ論文の理想像の実現が近づいていることを実感して頂けるとで構成している．まず解説論文では，放送通信融合を支思う．

える目指すべきICT（Information and Communication

本小特集では，研究開発や国際標準化の第一線で活Technologies）社会に潜む政策・技術の課題を明らかにし，躍される専門家に執筆をお願いした．最初の解説論文で技術，市場，社会，文化を連携させた ICT ガバナンスの必は PAN の動向を俯瞰し，続くBluetoothと ZigBee の解説

要性，あり方などを具体的に解説している．次に米国，欧論文では，最初の規格に対して多くの改善が加えられた最州，アジアの各国で既に行われている海外での放送通信新規格と動向を解説している．次の解説論文では，測距・連携サービスや検討中のサービスについて具体的な事例

測位も可能なウルトラワイドバンド（Ultra-Wideband：

で現状動向を外観し，解説している．論評サーベイ論文でUWB）技術に基づく新規格を紹介し，続いて UWBと法は，特に技術面で二つの観点から放送通信連携サービス規制に関する記事を配置した．続く解説論文では高速通を支える技術についてサーベイした．一つ目の論文では，信をねらうミリ波 PAN 規格の動向を紹介し，最後に IEEE

サービスのホームネットワーク環境を支えるメタデータに関におけるPAN 規格の動向と標準化活動の実際を紹介すして，現状の標準化動向，インタオペラビリティ，ゲートウェ

る記事を配した．

イ，普及に伴う課題等を整理している．二つ目の論文では，

本小特集の特徴は，最新の技術動向に加えて，電波利

新しい映像サービスを支える映像符号化技術について現用と法規制，最新の国際標準規格やその決定プロセス，

状を概観し，今後のサービスで重要となるスケーラビリティ

標準化の舞台裏など，普段目にすることが少ない貴重な情の概念，技術の紹介と今後の課題を整理している．

報が提供されているところにある．本小特集がきっかけで本特集が，きたる放送通信融合時代の生活を支える

本分野の技術者が増え，研究開発，標準化，ビジネスがサービス，サービスを支える技術の研究開発に一助となれ

活発に行われるようになれば幸いである．

ば幸いである．

電子情報通信学会

2007

通信ソサイエティマガジン

秋号

Communications Society Magazine

NO.2

Contents
小特集の発行にあたって・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド

小特集❷

放送通信融合とマルチメディア技術

井上真杉・落合秀樹

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

阿久津明人

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

私の研究者歴

アナログからディジタルへそして有限体へ─総合と止揚

辻井重男

私の技術者歴

衛星通信とともに

村谷拓郎

国際会議報告4th IEEE Consumer Communications and Networking
Conference（CCNC 2007） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

概況報告

20

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

国際会議 CCNC：ComSoc の新たなチャレンジ

21

P2P 技術の動向について

22

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

アドホックネットワーク関連研究の動向

23

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

User mobility and Handoff 研究の動向について
Video Networking セッション報告

24・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

25

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

IEEE Wireless Communications and Networking
Conference（WCNC 2007）
概況報告

26

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

PHY/MACセッションの研究動向
Resource Allocation and Management 関連セッションの動向

27・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

27

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

無線ネットワーキングの動向

28

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

クラインロック先生のキーノートスピーチ：Realizing The Wireless Internet

28

・・・・・・・・・・・

この本をお勧めします
若手の技術者と研究者へ

42

1■ ものづくり革命 パーソナル・ファブリケーションの夜明け

ニール・ガーシェンフェルド 著

糸川洋訳■ ゲーム少年の夢

冨田勝著■ ザ・ゴール 企業の究極の目的とは何か

エリヤフ・ゴールドラット 著■ 素人のように考え，玄人として実行する

金出武雄 著

4

14

解説論文

ネットワークロボット知能化技術

30

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

萩田紀博／徳田英幸

小特集❶ パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

パーソナルエリアネットワークとその動向

44

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

阪田史郎

パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

55・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

酒井五雄

パーソナルエリアネットワークを実現する技術
─ZigBee ─

福永62・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

茂ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN李還幇／滝沢賢一／甄

74

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

斌／河野隆二パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

92

・・・・・・

荘司洋三／原田博司／加藤修三／豊田一彦／高橋和晃／川崎研一／
池田秀人／大石泰之／丸橋建一／中瀬博之／安藤 真

解説・報告

UWB 無線にまつわる法規制
IEEE 802.15ワーキンググループにおける標準化動向

高田潤一

・・・・・・・・・・

原

・・・・・・・・・

85

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

・・・・・

晋介

103

小特集❷ 放送通信融合とマルチメディア技術
解説論文

ICT 社会のガバナンス

─技術と社会の調和に向けたICT 政策─

108・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

渡辺克也／曽根原登

放送・通信連携の海外動向

─各業界の動きから見える現在，未来の課題と可能性─

117

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

石川清彦
論評・サーベイ論文

放送通信融合とメタデータ

─融合サービス受信環境における技術課題─

128

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

山岸靖明

高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

141

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

八島由幸

巻末言

学会の TCS 活動

通信ソサイエティ副会長

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

野本真一

167

・・・・・・・・・・

編集後記 168
本誌に掲載された論文等の著作権は（社）電子情報通信学会に帰属します．

情報セキュリティ大学院大学学長
東京工業大学名誉教授

辻井重男
Shigeo Tsujii

研究能力と年齢に相関はあるか

アイデアは，低空飛行の私の研究歴の中では，ましな方だと振り返っている．天才と凡人では研究能力と年齢の相関に違いがあるのかもしれない．
独創的研究に必要なのは，まず強靭な体力をインフラとす

残り少ない生涯研究時間を，数学と倫理・哲学をベースとる集中力であろう．バナッハ空間論を創設したバナッハは，する情報セキュリティ基礎論の思索・探求にあてようかと考27 時間ぶっ通しで議論したこともあったという．数学のノー

えていた矢先の本年元旦，日本経済新聞を開いたらショッキ

ベル賞といわれるフィールズ賞を受賞された森重文氏は，受ングな記事が目に飛び込んできた．本会の名誉員でもある江賞時の新聞で，「毎朝，7 時まで研究を続けている．早く堅気

崎玲於奈先生が，その日から始まった日本経済新聞の連載「私の生活に戻らなくては」と述べている．

の履歴書」に，「一般に研究者のオリジナリティは 20 歳がピ−

また，楕円曲線に関する志村・谷山予想の主要部分を証明

ク，70 歳で零に落ち，逆に分析力は，20 歳では零，70 歳まし，その副産物として，360 年ぶりにフェルマーの最終定理

で上昇する．したがって，両者の積が最大になる 45 歳が最を証明したワイルズは，約 7 年間，屋根裏部屋にこもったとも研究能力が高まる年齢である」といった趣旨のことを書か伝えられている．これらの仕事は 40 歳前後を中心になされれていた．

ており，江崎の法則が当てはまるのかもしれない．

ノーベル賞級の仕事とは格差がありすぎるが，逆にそれゆ分野による違いもあると思われる．西田幾多郎は，40 歳

えに，私レベルの話も本会会員の多くの方には参考になるか

前後で，有名な『善の研究』
を著し，西洋思想の流れに抗して，と思い，自分なりに研究能力と年齢の関係について考えてみ

主客未分離，純粋経験などの概念を示し，後半生で，よりたい．3 年前，70 歳になったとき，量子コンピュータの出現

論理的に思索を深めているそうだが，「思索のときは，全身にに対抗し得る多変数公開鍵暗号を汎用的に強化する概念装置

汗流れる思いがする」と述べている．いずれにしても体力が

を着想
［1］
，
［2］して悦に入り，若い人の協力を得て，2006 年

いるわけだがそれはおくとして，総合的・抽象的概念構築能

5 月にベルギーで開催された「第 1 回，量子コンピュ−タ時

力が求められる哲学などの分野については，そうした能力は

代の暗号に関する国際会議」で発表した［3］．採択率は厳し

70 歳前後がピークになるという学説も出されている（図 1）．

かったようであるから，一定の評価を受けたものと思い，現科学技術分野の偉大な仕事は，若いうちとよくいわれるの在，このテーマで 2 人の博士課程学生を指導している．このは，①集中力，②総合化能力はそれほど問われないテーマが

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

1958 年に東工大を卒業し，NEC に入社して 7 年間勤め，創造力のピーク（芸術・科学・行政）

抽象化概念構成のピーク（哲学など）

その後，川上先生（本会元会長，東工大元学長）や山梨大学の精神的能力

相川先生，東工大の岸源也先生などに導かれて，山梨大学に6 年，東工大に 23 年，更に，中央大学の篠田教授（本会現編

想像力のピーク（数学・詩作・音楽）

集長）に誘われ，中央大学に 10 年と計 40 年近く，教育・研究に微力を尽くしてきた．現在の大学は 5 度目の勤めである．

成功者

記憶の
ピーク

さて，日本経済新聞の「私の履歴書」を気取るわけではない

うまくいかない人
ふつうの人

が，数学的暗号理論の研究を進める傍ら，情報セキュリティ
大学院大学という，おそらくは世界最小の総合大学を預かる

老化退行

0

図1

20

40

60

80

立場もあって，暗号理論と情報倫理を中心に学際的情報セ
100 歳

抽 象 化 概 念 構 築 能 力 は 70 歳 前 後 が ピ ー ク（ 資 料：Still,
J.W., Man’s Potential, 1959）

キュリティ総合科学の構築を日々考えている現在の自分と，中学・高校時代の勉学や読書は無関係とは思われないので，生い立ちを少し振り返ってみたい．
小学校へ上がる前から，講談社の絵本で，英雄豪傑や東郷平八郎・乃木希典に親しみ，小学 3 年生で読んだ『日本武将多い，③大きな業績によくある 僥 倖は人生にたびたびは訪物語』に登場する 12 名の武将は今でも鮮明に思い出せる．これない，④成功による満足感などが関係すると考えられる．

うして歴史好きで育ち，当時の有名受験校であった日比谷高

天才的レベルの話は別として，平均的な仕事についていえ校では，日本史，世界史は学年でトップの成績だったことがば，若いころは馬力と集中力で，年齢が深まれば，図 1 が示ある．しかし，そのとき化学はクラスで最低点を記録した．

すように，経験と視野の広さを生かした総合力でそこそこの高校で最も熱心に読んだのは，厨川白村の近代文学十講で，成果は挙げられるのではないだろうか．少子・高齢化時代を

東工大の入試ではこれが当たり，化学の不出来を国語でカ迎えた我が国では，中核となる青壮年を団塊の世代が支えな

バーすることができた．大学進学に際して，理工系か文学部ければならない．管理的な仕事から解放された年齢層は，若か大いに迷ったが，中学以来，その美しさが分かってきた数

いころの体力はなくても，時間はあり，総合的思考力は蓄え学と別れるのはつらいし，歴史は趣味でもやれるかと今にしられている．図 1 は，業績レベルの高低によらず成り立つて思えば不遜な気持ちで，理工系に決めた．

ものと期待できる．私の周囲にも，大学の客員研究員やベン

昨今は学際がはやるが，すべての分野に深くなることは不チャー企業などで，研究開発に意欲を燃やしている団塊の世可能だから，理工系，文科系でという離れた分野に一つずつ代は多い．団塊の世代どころではない．先輩，堀内先生（早興味をもって，情報セキュリティ総合科学を視野に入れるの

稲田大学名誉教授，本会元会長）は関数解析をベースに論文がよいかとも思い，私の選択も悪くなかったということにしを，今なお発表しておられるし，盟友，大阪学院大学の笠原ている．1980 年前後から始めた暗号研究を軸にしていえば，正雄教授（本会元基礎境界ソサイエティ会長）も，暗号理論の数理的暗号理論で論文を書く傍ら，第 1 次，第 2 次大戦を中

多くの論文発表，『情報技術の人間学』（2007 年 2 月，本会発

心に歴史を舞台裏で動かした暗号という観点から考えさせら行）などの著述と目覚ましい活動を続けている．小文は，若れることが多い．例えば，暗号情報の収集・分析・評価・活い世代とともに，管理職を卒業した世代の会員にも参考にな

用を怠り，敗戦の憂き目に会いながら，今なお，懲りない日ればと思い，私の研究経験を書き留めることとする．

本の現状は，明治以来，西洋近代と正面から向き合わず，こ中学・高校から大学へれを回避してきた，要するに近代を超克してこなかったことに由来するのではないか，それはまた，現在，企業の日本的内部統制や情報セキュリティにまで影響しているのではないかなど，私が自分に課している課題が学際的に広がるのも，私は，現在，横浜駅近くの情報セキュリティ大学院大学と少年期以来の読書や好みとかかわっているようである．

いう大学の学長を務めている．学校法人岩崎学園の岩崎理事

大学では，当時の電気工学はいわゆる，強電（モータなど）と長が，情報セキュリティの重要性に着目して福井現日銀総裁

弱電（エレクトロニクス・通信）に分かれていたが，数学的理や林紘一郎現副学長とも相談の上，設立を決意した大学であ論で体系化されている弱電を選んだ．大学 3 年のとき，川上正る．コンピュータ・ネットワークセキュリティ，暗号理論な光先生から回路網構成論の講義を受けて感動し，卒業後はそどの情報セキュリティ技術，経営管理，法制度と情報倫理なのような奇麗な設計論が生かせる仕事に就きたいと考えた．

ど文理両面をカバーしており，多くの社会人学生も夜間を中

そのころ，本会に入会し，学会誌を開いたら，NEC の渡心に学んでいる．とはいえ，小規模な大学であり，私も教授

部和氏のフィルタ設計論の論文が掲載されていた．これを読職を兼務し，「暗号・認証と社会制度」という講義を受け持ち，んで，是非，渡部氏のグループに参加したいと思い，NEC

また，5 人の博士課程学生を指導している．

に入社したのだが，回路網グループには入れてもらえず，伝私の研究者歴送装置の開発を担当することとなった．

さて，アナログ信号処理もディジタル信号処理も，数の世界では，要するに実数体の処理である．アナログ処理に比べアナログからディジタルへ，
そして有限体へて，ディジタル処理は丸め誤差の範囲で設計どおりの製品が均一に製造されるが，大小性をもつ実数体上の処理であることに変わりはない．

私の研究歴を年表で示せば，ざっと表 1 のような具合にな

1979 年から始めた暗号研究では，対象とする数の世界がる．この道一筋に歩まれる研究者たちをうらやましく思いな

一変して，実数体のもつ連続性も大小性も不要であり，四則がら興味に任せて，いろいろなことに手を出してしまった．

性のみを有する数の世界，すなわち，有限体を扱うことにな

1977 年度のイギリス在学研究中には，当時の電電公社が進る．この世界は，数学的実在が，物理的実在を飛び越えて，めていた伝送路網切換を横目で見ながら，ネットワークの信そのまま，IC カードに入り電子マネー等の社会的実在となる

頼性向上のため，ちょうど大学院に進学してきた，俊英黒澤

不思議な数の世界である．

馨君（現茨城大学教授）を遠隔指導して，通信網の多種フロー

今，宇宙の広がりをもつ円があるとしよう．そして，短径問題の発見的アルゴリズムを提案し［4］，本会から論文賞をはその円の直径と等しく，離心率が 0.5 といういかにも楕円頂いた．黒澤教授は，その後，ディジタル信号処理，暗号理らしい楕円 A と，離心率が 10-50 という，アナログ感覚では，論と研究の幅を広げ，最近，ある優れた暗号方式を名古屋大円と区別のつかない楕円 B を想定する（図 2）．現在，最も普学の岩田准教授とともに提案し，日本人では初めて米国政府及している公開鍵暗号は RSA 暗号であり，これは円（種数 0）の標準に採用されている．テーマを絞ることも大事だが，いに対応しその安全性は，解読計算量が準指数時間と見積もら

くつかの線スペクトルが年とともに連続スペクトルとしてまれている．これに対して，楕円（種数 1）から設計される楕円

とまってくるということもあるから研究者それぞれの性向に暗号は，現在のところ，それより格段に安全な指数時間計算合わせるのがよいのかもしれない．

量である．さて，ここで，次の問題を考えて頂きたい．

私が研究対象としてきたテーマを信号形態と数の世界という視点から見れば，アナログからディジタルへ，実数体から問題：楕円 B から設計される楕円暗号の解読計算量は，
RSA に近いだろうか，それとも，楕円 A から設計有限体へということになる．NEC では，1958 年から 1965

される楕円暗号のそれに近いのだろうか．

年にかけて，ブロードバンド通信・ディジタル通信，テレビ

解答：楕円 B も楕円 A と同じく指数関数時間安全性を有信号のディジタル化などを手がけた．ブロードバンドといっしている．

ても，加入者線ではなく幹線系を対象とする多重化であるが，このような解答になることは，理論的には，有理数の無限性

当時，本会では，5 年おきに広帯域特集号を出していた．通と有限体の特性から当然なのだが，念のため，中央大での卒

信の歴史は多重化の歴史という一面をもっている．はじめは，業研究で，シミュレーションをやってみた．楕円 A，B に基アナログ伝送（FDM 多重），続いて，日本におけるディジタ

づく楕円曲線を各 1 万ずつ発生し，安全な曲線が何本得られル通信の嚆矢となる PCM24ch 方式の再生中継器の開発に携るか，計算したのである．結果は，両者約 100 本であり，有わった．ディジタルといっても，線路は減衰と漏話雑音があるのでアナログ的に信号処理をすることになる．

素粒子1個

1965 年，山梨大学へ移って，企業での経験をもとに，波宇宙

形伝送や，多値伝送の研究を，初めて受け持った大学院学生の河西宏之君（東京工科大教授）などと始めた．1971 年，東円：高い安全性（準指数時間）工大に変わり，助手となった鎌田一雄君（宇都宮大学教授）らと漏話のある多重伝送路に対する情報理論の構築に挑戦した．1972 年から，その当時，日本ではほとんど研究されて

楕円：極めて高い安全性（指数時間）いなかったディジタル信号処理の研究を，これも鎌田君らと
開始した．

図2

円と楕円の相違幅（Copyright ©2006 Shigeo Tsujii）

表 1 興味・研究分野の変遷
1950年
53 54
58
日比谷高校 東工大在学
NEC
在学
数学
歴史



回路網理論

65

71
山梨大

77 78
英国
東工大

94

2004
中央大

現在

情報セキュリティ大学院大学

ブロードバンド伝送
情報理論（漏話多重伝送系，71年〜）
耐量子コンピュータ
ディジタル通信
ディジタル信号処理（72年〜）
多変数公開鍵暗号（持駒方式）
波形伝送
カラーテレビ符号
暗号理論（79年〜）
電子投票（96年〜）
多値伝送
多変数公開鍵暗号
ID 鍵共有情報セキュリティ総合科学
通信網多種フロー（77年〜）
情報倫理

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

意差は認められなかった．

カラー情報用副搬送波
3.58 MHz

西田幾多郎は，名著『善の研究』において，次のように述べている．
「物理学者の言うごとき幅のない線，厚さのない面

庫）．果たしてそうだろうか．楕円も円も幅のない線で書かなければならないので，物理的には存在し得ない．数式として，数学的に存在するのみである．
縄，つまり縄のイデア」を提唱している．続いて，大哲学者を形成した．イデアの世界を本質的世界とみなし，現実世界をその下に見る物質的世界観，いわゆる 2 世界モデルである．
この世界観が，近代科学の発展を促し，科学を基盤とする技術が産業革命を起こして，人々に豊かな生活をもたらした．
しかし，その様々なマイナス面が自覚されるに及んで，西洋の思潮も，19 世紀後半には実存，多元，相対，関係などで表現される方向に向きを変え始めるのだが，そのことは哲学書に譲るとして，我々は，数学というイデアの世界について考えてみたい．1，2，3，…というモノは実在しない．実在するのは，1 人，2 人，3 人，…りんご 1 個，2 個，3 個…などである．それにもかかわらず，未開人でも，1，2，3…という抽象概念，つまりイデアの世界をもっている．したがって，上記の 2 世界モデルは，西洋に限った話ではないともい
えるが，その概念的世界への認識の深さ，概念構築の厳密さにその特徴があるといえる．
技術システムは多くの場合，物理現象を利用して実現され，社会的に利用される．しかし，物理現象を厳密に理論値どおり実現することは難しく，近似的にしか実現できないことが多い．これに対して，楕円暗号の場合，有限体上の計算であるため，物理的には実在しない楕円という数学的実在が，直接，社会的な存在物となり，宇宙の広がりをもつ円に対して素粒子 1 個分だけの割合の離心率をもつ楕円であっても，円に対して格段に高い安全性をもって，社会的機能を果たしているのである．数学というイデアの世界が，物理的実在を超越して，見事に社会的実在となる典型的な例である．
通常の電子回路の設計などでは，イデアの世界に属する回路理論と現実世界との間には乖離があることを考えると，数論暗号の研究者は数学的実在がそのまま社会的実在となることの幸せをかみしめるべきであろう．

抽出
時間軸

プラトンが現れ，19 世紀に至るまでの，プラトンのイデア，
図3

画像63.5 µs
抽出

一方，古代ギリシャでは，自然哲学者タレスが「幅のない中世キリスト教の人格神，近代の理性と続く西洋哲学の源流

画像

水平同期信号の方が余程，実在の真相に達しているのである．…」（岩波文

水平同期信号などというのは実在するものではない．この点では，芸術家

狭帯域
フィルタ

標本化
周波数
（約10.74 MHz）
3逓倍

カラーテレビ信号ディジタル符号化用標本化周波数に関する特許の概念図らの委託で，テレビ信号のディジタル符号器を試作することとなった．まだ，カラーの時代ではなく，白黒テレビ信号のための符号器である．試作してみると，変調積に起因すると思われるしま模様が画面に現れていた．その対策を講じながら，将来，カラーの時代がきたら，同様の雑音が生ずるおそれはないのかと考えた．公称帯域 4.3 MHz に対して，当然のように，標本化周波数をキリの良い 10 MHz として試作したが，NTSC 方式によるカラーテレビの場合も 10 MHz サ
ンプリングにするとどうなるか．3.58 MHz の副搬送波を水平同期信号に乗せて色情報を伝送しているので，その 3 倍の周波数と 10 MHz との差が画面に雑音として現れるのではないかと想像したのである．カラーテレビ信号は使用できなかったので，実験で確かめるわけにはいかなかったが，3.58

MHz の 3 倍を標本化周波数とするという特許を出願してお
いた［6］
（図 3）
．その後，4 年ほどで私は大学に変わったが，1978 年（昭和 53 年），発明協会から突然通知を受け，会長井深大（当時）発明表彰を頂いた．私は，NEC では伝送事業部に所属していたので，知らなかったが，この特許は，放送事業部で，フレームシンクロナイザに利用されて，米国へかなり輸出されたようである．
放送事業部の OB 会で，放送事業部が今日あるのはあの特許のお陰だという思い出話に花が咲いたと山梨大卒業生の佐々木利浩君から聞いたのは，つい最近であるが，周波数を 3倍するだけで，それほどの経済効果を生むというのも，特許は単純な方が良いということの典型例ということだろうか．

量子コンピュータの出現に対抗できる公開鍵
暗号―持駒方式の提案

テレビ信号のディジタル化―カラーテレビの特許
暗号の歴史を振り返ると，紙，機械，無線電信，コンピュー
タというように，暗号はそれを支える道具や技術の進歩ととこの話は，昨年の会誌にも書かせて頂いたが［5］，細く長もに発展してきた．第 2 次世界大戦の帰趨に大きな影響をもい私の研究歴の中で，直接的経済効果を生み，企業の利益にたらした，ナチス・ドイツのエニグマ暗号の解読も，コロッ貢献した唯一の特許の話を簡単に補足しておきたい．NEC

サスというコンピュータの誕生によるところが大きい．今，に勤務していた 1961 年（昭和 36 年），KDD 研究所（当時）か量子コンピュータという全く新しい原理によるコンピュータ

私の研究者歴

の研究が進められている．これが実用の域に達すれば，素因ある Shamir が，我々の 1986 年版の順序解法と同様の方式

数分解も離散対数問題も多項式時間で解けることが知られてを，暗号分野で最も権威があるといわれている CRYPTO でいる．量子コンピュータが実用化できるのか，できるとすれ発表している．

ばいつごろかについては，研究者の予想はまとまっていない

松本・今井らは，隠れ単項式暗号系と呼ぶエレガントな方が，暗号研究者としては，その出現に耐えられる方式を探求

式を 1988 年の EUROCRYPT で発表した．これは現在，MIしておくべきであろう．1970 年代に公開鍵暗号が誕生して暗号と呼ばれている．MI 暗号が世界的源流となり，多変数

以来，様々な構成法が提案されてきたが，暗号研究者の高い方程式を解くための正攻法となるグレブナ基底に関するアル

信頼感に支えられて，現在，多様な電子社会システムに組みゴリズムの進歩や量子コンピュータ実現可能性への意識の高込まれているのは，まりなどを背景に，海外でも，我が国でも，様々なアイデア

・素因数分解の困難性に依拠する RSA 暗号が提案され現在に至っている．

・楕円曲線上の離散対数問題の困難性に依拠する楕円暗号

冒頭に述べたように，私は，これらの多種多様な多変数公の 2 方式であるが，これらは，量子コンピュータが実用化さ

開鍵暗号（原方式）を汎用的に強化する手法を提案し，持駒行れたとき，原理的には解読されることが示されている．

列方式と名づけて研究を続けている．一般にランダムな多変冒頭にも述べたが，2006 年 5 月，ベルギーで，PQ Crypto

数方程式は NP 困難であり，量子コンピュータにも耐えられ（Post-Quantum Cryptography）と名づけられた国際会議がるのであるが，他方，公開鍵暗号は，盗聴者には解読困難で開かれ，量子アルゴリズムとともに，多変数多項式型公開鍵

あって，かつ正規の受信者にとっては，復号が容易であると暗号に関する論文が多数発表された．多変数連立多項式の解

いう虫のよい要求を満たすよう構成されなければならないと（共通零点）を求めることは，一般に NP 困難であるので，落いう苛酷な宿命を背負っている．持駒方式は，解読者には公とし戸をうまく仕込めば量子コンピュータの出現に耐える方

開鍵をランダムな多変数方程式に近づけ，受信者には，ラン式が実現できるのではないかと期待されているのである．

ダム性を除去して原方式を復号するという概念により構成さ

それでは，多変数公開鍵暗号の研究の歴史を振り返ってれる（図 4，図 5）．線形持駒については，本会英文誌 2007

みよう．暗号化は高速にできて，解読は現実的時間では不年 5 月号に掲載されたが［9］，更に非線型持駒方式につい可能であるような関数，すなわち，一方向性関数に，復号て 2007 年 7 月情報セキュリティ研究会（ISEC）で発表したは高速にできるような落とし戸を組み込んで，落とし戸付［10］．

き一方向性関数を構成するというのは，暗号研究者を惹また，その直前，7 月上旬，ドイツに出張し，この分野できつけて止まない魅力をもっている．1970 年代の後半に公活発な研究を展開している Prof. Jintai Ding に会い，2 人だ

開鍵暗号の概念が生まれ，続いて，RSA 暗号，及びナップ

けで 5 時間ほど議論し，得るところが多かった．上記の持駒

ザック暗号などの具体的な方式が提案されたのを受けて，我方式を IACR（国際暗号学会）の e-Print Archives に載せた折，が国でも，1980 年代初頭から，横浜国立大学の今井研究室，共同研究者の只木孝太郎君（中央大学研究開発機構准教授，

大阪大学の笠原研究室，東工大の私の研究室などで，新しい情報セキュリティ大学院大学准教授）に，上に述べた約 20 年

公開鍵暗号の探求が始められた．

前の一般化順序解法の論文を英訳してもらい，上記 e-Print

筆者は，1986 年，順序解法と名づける多変数多項式型公の付録として載せておいた．Dr. Ding は「シャミアらより 7開鍵暗号を提案した［7］．その一部が東京理科大の金子など

年早く日本でやっていたのに，日本語だったため国際的に知によって解読されたので，当初の素朴な順序解法に核変換とられていなかったのは惜しかった」と自分のことのように残呼ぶ手法を導入し，1989 年，一般化順序解法を提案した［8］．

念がってくれて，著書［11］や論文等で紹介するとともに，一

これらの論文はいずれも日本語で，本会の論文誌に掲載され般化順序解法には今なお有用なアイデアが含まれているとしたのであるが，海外では，1993 年，RSA の発明者の 1 人でて解析を進めている．

暗号化=

ランダムな係数をもつ多変数多項式ベクトル

持駒行列によりランダム部は
消去される

持

駒行

列方 式の 公開鍵原方式の公開鍵（持駒方式にとっては秘密）
原方式：例外を除き任意の公開鍵暗号方式

NP 困難

図4



受信者の秘密鍵（線形or非線形行列）=

原方式公開鍵

改良型順序解法（辻井ほか）
MI（松本・今井）暗号
HFE（Patarinほか）
笠原・境暗号
PMI，etc．

ランダム多項式

公開鍵

多変数 多種多様な多変数
多項式 公開鍵暗号の公開
ベクトル 鍵の変形（多変数
多項式ベクトル）

送信

持駒行列

+

ランダム部

原方式部

公開鍵

=

復号

持駒行列の概念

図5

持駒方式の概念

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

超楕円暗号・趙教授と21世紀 COE

よって，その量子状態が変化することから，受信者は，盗聴されたことを検知できるという方式である．夢のある長期的・基礎的研究であり，実用化に向けては，光子を 1 個ずつ発楕円・超楕円暗号理論には，現代数学の花形である楕円曲
線・代数曲線の成果が活用される．東工大の辻井研究室では，

1990 年ごろから，趙晋輝君（現中央大学教授）がリーダー役となって，楕円・超楕円公開鍵暗号の研究を開始した．趙君は，1980 年ごろ来日して，東工大の辻井研究室でディジタル信
号処理の研究を始め，エコーキャンセラの新方式の提案［12］，
跳躍アルゴリズムと名づける最適化手法の提案で［13］，私とともに本会で二つの論文賞を受賞している．その数学的才能に気づいた私は，現代数学の花形である楕円曲線・代数曲線論を駆使する楕円暗号の研究を薦めた．彼はたちまち頭角を現し，虚数乗法論による楕円暗号の効率的な設計法を考案して，ある代数幾何学者を「虚数乗法などという数学だけの美しい世界と思っていたものが実用に役立つのか」と驚かせた［14］．その後，楕円曲線より，一段と高度な抽象概念を駆使する超楕円暗号の研究を開始した．
平成 14 年度から，文部科学省は 21 世紀 COE（Center of

Excellence）と名づける研究拠点の公募を開始し，全国の大学が名誉をかけてその応募に殺到した．情報系分野の採択件数は約 10 拠点で，旧帝大の約半数が不採択となるという厳しい競争の中で，私がリーダーとなって中央大学から出願した「電子社会の信頼性向上と情報セキュリティ」が幸いにも採
択された
［15］
．その中心的テーマとして，超楕円暗号を掲げ，
趙・松尾君（現情報セキュリティ大学院大学教授）らは，実用に堪える 160 ビット長の曲線の設計に世界で初めて成功した［16］．
先に述べた志村・谷山予想という楕円曲線に関する基本予想が証明できれば，フェルマーの最終定理も証明できることを示したのはフライ（Frey）という数学者であるが，そのフライ教授と弟子たちが，中央大 COE の成果に刺激を受け，本COE が主催する研究会に毎年のように訪れ，交流を重ねてきた．楕円暗号が多倍長演算を要するのに対し，超楕円暗号
は多倍長演算を必要としないというメリットがあるが，楕円暗号自体の安全性評価のためにも，楕円，超楕円を総合した学問的体系としての研究が必要なのである．

総合化とシナジー効果―Y00光通信量子暗号

生するレーザ発信器や減衰量の小さい光ファイバ伝送路の開発，極低温という使用環境の緩和など解決すべき課題は多い．
先に述べたように，数学的理論はそのまま社会的実在となり得るが，物理的理論を物理的・工学的・社会的実在とするのは容易ではない．例えば，通信業者が現実に敷設しているファ
イバは室内テスト用の設計値どおりのファイバに比べて，損失も反射などの特性も劣化している場合も少なくない．
一方，米国ノースウエスタン大学の Yuen 教授は，2000
年ごろ，Y00 と呼ぶ量子暗号を発表した．これは，多値位相変調方式と量子揺らぎ雑音を巧みに組み合わせて，数論暗号，
変調方式，量子現象の 3 者による相乗効果により，安全性，高速性，長距離化などの点で，現在商用化されている光伝送路に適用可能な方式である．量子揺らぎとは，光通信技術者がよく観測している光電ショット雑音であり，観測して初めて現れる雑音である．その理論的解明は，約 30 年前にグラウバー（Grauber）博士が，多重量子状態に関する理論として発表している（2005 年ノーベル物理学賞）．米国では，
既に，
テレコーデアが，650 Mbit/s，800 km の実験に成功してい
るほか，BNN などの企業が実験や検討を行っている．
我が国では，玉川大の広田教授が日本版 Y00 方式を発明し，情報通信研究機構（NICT）から研究助成を受けて，10 Gbit/s，

300 km を目標に，その実用化研究を進めている．また，日立情報通信エンジニアリング（株）とソフトバンクは，2.5 Gbit/s，

200 km の実用光回線試験に成功している．日本版 Y00 方式とは何か．米国は国土が広いこともあってコヒーレント光通信方式が普及しているのに対し，日本では，振幅変調方式（IMDD：Intensity Modulation Direct Detection）が商用されている．そこで，広田氏は，IMDD 方式に直接導入できるよ
うに，多値振幅変調方式による Y00 暗号を提案したのである（図 6）．
正規の受信機においても，盗聴者のそれと同じ量の量子揺らぎ雑音を発生するが，2 値受信で済むから，SN 比は盗聴者に比べて格段に大きいのである．
私は，先に述べたように，NEC でディジタル通信の再生中継器を開発していた若いころ，日々，アイパターン（eyepattern）をにらんで暮らしていたので，広田氏から Y00 の説明を受けたとき，「なるほど，正規受信者に対しては目が開き，盗聴者に対しては目が閉じる方式か．面白いことを考えたも私自身の研究テーマではないが，工学的に筋の良い研究をのだな」とその良さがすぐに分かった．

後押しすることも，シニア研究者の役割であると考え，ディ

Y00 方式の安全性について考えてみよう．そのポイントは，

ジタル通信と数論暗号の二つの分野を経験した数少ない研究

数論的暗号の強度と量子力学的効果が互いに強め合う相乗効者として，Y00 と呼ばれる新しい量子暗号の研究をサポート

果にある．通常のストリーム暗号は擬似乱数生成器の出力の

している
［17］
．

各ビットと平文の各ビットの排他的論理和を暗号文として送

量子暗号としては 1984 年に Bennet らによって着想され信するのであるが，その安全性は，乱数性にのみ依存する．

た BB84 がよく知られている．この方式は光子を 1 個ずつ

擬似乱数生成器として，仮に，128 ビット入力の線形シフト

送信し，伝送路で盗聴者がこれを観測すると不確定性原理にレジスタ（LSR：Linear Shift Register）を使用すれば，盗聴

私の研究者歴

初期暗号鍵
擬似乱数発生①

擬似乱数発生

多値化

②

多値化

不規則写像
平文情報：
100101

初期暗号鍵

共有

光ファイバ

レーザ多値
強度変調

光
検出器

光強 度

多値変調出力信号

光強 度

光強度

情報
（0，
1）
識別値
（中心値）
ホッピングパターン
α6
α5
α4
α3
α2
α1
α0

復号
（2値識別）

盗聴

100101
復号 ④

多値鍵により2値識別可能
→誤りなし
量子揺らぎ
盗聴 ⑤
多値鍵をもたないため
多値識別必要→多くの誤り時間

暗号化（符号化） ③
準 備 ①②

送信者と受信者は，128 〜 256 ビット程度のシード（seed）鍵をもつ共通の擬似乱数発生器（PRNG：
Pseudo Random Noise Generator）を送受信機に装着する．両者は同期をとりながら，2 値擬似乱数系列を発生する．
送・受信者は，各々，上の 2 値系列を N（実際には 9 〜 11 ビット程度，ここでは簡単のため，3 ビット）にブロック化して 10 進数の擬似乱数系列を得る．その各々の 10 進数を，光通信の各タイムスロッ
トに対応させ，これを各タイムスロットの基底と呼ぶ．

暗号化 ③

送信者は，平文の各ビットを各タイムスロットの基底に対応した 2 値信号として送信する．通常の2 値伝送と異なるのは，タイムスロットごとに，2 値信号の最大値と最小値が異なる点である．しかし，2 値信号の振幅（最大値−最小値）
は一定である．

復 号 ④

正規の受信者は，各タイムスロットの基底を知っているので，各タイムスロットごとに基底に対応
したしきい値を設定して，送られてきた 2 値信号を復号する．

盗 聴 ⑤

盗聴者は基底を知らないので，伝送路の 2 値信号を 2 値としては識別できず，多値信号（N ＝ 10 なら 1024 値）として判定しなければならない．雑音がなければ，これは可能であるが，観測するごとに量子揺らぎ雑音が発生するので，正しい判定が不可能となり，誤りを生ずる．（この誤りを 0.5 に近い値となるように設計しておく）

図6

光強度変調 Y00 方式の伝送実験

者は，平文がすべて 0 のときの LSR の 256 ビットの出力をで，相関攻撃に対して安全性証明の付されたストリーム暗号

観測することにより，LSR の内部構造を知ることができて乱が，代数攻撃によって解読されたことがある．代数攻撃とは，数としての機能は失われてしまう．Y00 方式の場合，そのよ

非線形多変数連立方程式を解くことにより，擬似乱数生成器

うな最も弱い LSR を擬似乱数生成器として用いたとしても，の内部構造を知るという攻撃である．Y00 方式において，こ

量子効果により，等価的に，乱数性能を格段に向上できる．

のような擬似乱数生成器を用いたとすれば，量子揺らぎ雑音

一般に，数論的暗号は，何らかの数論的仮定に依拠していによって，解くべき方程式が立たず，解読不可能であること

る．例えば，広く利用されている RSA 公開鍵暗号は，素因が直感的に分かる．

数分解の困難性に頼っている．しかし，その困難性が証明さ

更に，Y00 方式では no cloning 定理という，コピー不可

れているわけではない．また，量子コンピュータが出現した能という量子力学の定理が盗聴者による解析を妨げている．

とき，原理的にはその困難性が崩れることも先に述べたとお極微の世界では，コピーしようとしても量子揺らぎが生ずるりである．共通鍵暗号の場合も，想定可能なすべての解読法

ため，コピーができず，したがって伝送路を流れる信号のコに対して安全性の証明が付された方式のみが，ISO 等の標準

ピーを大量にとって，解析するという解読手法が全く使えなとして認定されるが，想定外の攻撃がないことを証明するこいのである．それ以前に，そもそも，盗聴者が，伝送路からとは人間の理性では不可能である．

タップした SN 比の悪い測定信号から同期をとって解読すべ

擬似乱数生成器に対する攻撃としては，高速相関攻撃と代き暗号文を得ることが，実際上困難であり，この意味で，伝数攻撃と呼ばれる解読法が知られている．日本版 Y00 はこ

送路全体に耐タンパー性をもたせているといえる（図 6）．現れらの攻撃が全く機能しないことが保証されている．これま

在，暗号研究のほとんどは数論暗号の研究者たちによって進

10

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

表2

我々暗号研究者は，既に 1980 年代から第 3 段階を目指し

BB84 と Y00 の特徴
BB84

Y00

提案者・提案 Bennett and Brassard Yuen：多値位相変調方式
時期
1984 年
2000 年
広田修：多値振幅（強度）変調方式 2003 年
暗号の構成原 単一光子の量子力学
理

多光子の量子力学，数理暗号，
多値変調方式の三者のシナ
ジー効果

理解の得られ 量子力学を既知とすれば 量子力学は既知としても数理
やすさ
原理が簡単で分かりやす 暗号と通信方式の知識・経験いがないと分かりにくい
安全性の根拠 盗聴検出時において通信 暗号文の取得を阻止を遮断て，プライバシーと不正防止を両立させる工夫等，様々な研究を重ねてきた．本格的な国政選挙となると，第 3 段階が理論的に可能であっても，その実現には様々な問題が横たわっている．
①

政治的問題；2 世議員と非 2 世議員の電子選挙に対する利害，政権党と野党の利害②

管理的課題；我が国の自治体の電子選挙が，第 1 段
階でつまずいているのは，システム監査等の管理的問
題が大きな要因である．

③

インターネットの安全・信頼性

一方，電子投票は選挙に限らず，自治体における住民への

主な用途

鍵共有

超高速データの暗号化

研究の段階

基礎的・長期的

実用開発化

アンケート調査を始め，いろいろな組織において，プライバ

暗号化速度の kbit/s 〜 Mbit/s
現状

2.5 Gbit/s

シーを保護した上での意識・意見の調査等，応用面は広がっ

実用化への課 単一光子発振
10 〜 40 Gbit/s のランダム
題
伝送路の低損失化
多値基底変調技術
伝送路の安定化・振動防止
光子検出器の高速化・振動防止
使用温度

摂氏− 150 〜− 50 度

常温ている．このような場合には，第 3 段階の形態での投票もコスト削減などメリットは大きい．
私は，1990 年代後半，プライバシーと二重投票等の不正防止を両立させる第 3 段階の方式を提案し［18］
〜
［20］
，TAO

光ファイバ増幅 不可能

可能（現 NICT）の研究助成を得て，NEC ソフト（株），サイファー

既 存 光 通 信 回 不可能
線との両立

可能

ジャパン（株）などとともに実証実験も行ってきた．この方式

価格

低価格

高価

は，特にアンケート調査等には有効であると考えている．
しかし，一般に，第 3 段階は上に述べた諸要因から本格的な国政選挙などには当分利用されそうもない．そこで，現められている．数論的世界は，先に述べたように，そのまま，

在，2.5 段階の選挙方式を考えている．現在の紙による投票

工学的に，そして社会的に実現される．物理現象を利用する

では自分の投票結果が正しくカウントされているか確かめよ場合はそうはいかない．

うがない．これを電子的に行えば，それを，プライバシーは

BB84 方式は，数論的暗号処理も変調方式も用いず不確定保護された状態で，自分だけが確認できるシステムを，暗号性原理という物理現象にのみ依拠しているため，素人にも理理論の得意とするゼロ知識相互証明等の手法を駆使して構築解されやすいのに対して，Y00 方式は，数論的処理，変調方式，できるのである．この方式を 2.5 段階として提案していきた量子現象が三位一体となっているため，変調方式に馴染みのいと考えている．

ない数論暗号研究者にあまり興味をもたれてこなかったきらいがあるのだが，光通信網が世界を覆う今日，暗号にもパラダイムの拡大が必要とされている（表 2）．

電子投票・アンケートシステムの研究

総合化と止揚―学際的情報セキュリティ総合
科学の構築へ向けて企業や官庁・自治体などにおいて，情報セキュリティはい
うまでもなく総合的対策であるから，学術的には，当然ながら，学際的総合科学である．そのことは 1993 年から考えて国政選挙を電子的に可能とする法律が最近ようやく成立しいたが［21］，2002 年，上に述べた COE「電子社会の信頼た．実施面で，電子選挙の後進国であった我が国もようやく性向上と情報セキュリティ」のチームには，暗号を中心に様々動き始めたようである．電子選挙は 3 段階に分類されていな要素技術，システム技術の研究者に加えて，個人情報保護る．

の第一人者の堀部政男教授等も加わっており，その陣容と第 1 段階：投票所で投票する．手書きを電子的方法に変テーマを見て，それらの相乗効果を出す必要があることを痛える．ネットワークは利用しない．

感し，不遜にも，情報セキュリティ総合科学の体系化を構想

第 2 段階：投票所投票であることは第 1 段階と変わらなするようになった．ここではその一端を述べることとしたい

いが，投票所同士をネットワークで結んで，ど［22］〜［24］．

の投票所からでも投票可能とする．

さて，インターネットなどの普及浸透によって，人々の自第 3 段階：投票者は，任意の端末から投票できる，ネッ

在に動ける空間はリアル空間×サイバー空間へ飛躍的に拡大

トワークを利用して投票する本格的電子選挙・しているが，その一方で，例えば通信と放送に見られるよう

投票方式．

に，様々な社会的組織や機能が連携・接近して，これまで，

私の研究者歴11それぞれが異なる価値観のもとに，あるいは無関係な利害のは難しいといわれたが，そこを何とか探求したいと考えていもとに共存していた組織や機能の間で，価値観や利害の相克

る．電子選挙・投票では，プライバシー保護と不正防止といが深刻化している．筆者は，ICT 社会において，矛盾・対立

う相反する要求を満たさなければならない．これは，零知識する価値として，特に，自由，安全，プライバシーという三相互証明という暗号プロトコルによって完全に解決される．

つに着目して，情報セキュリティを次のように概念規定してこのように，技術のみで止揚される場合もあるが，一般にはいる．自由の拡大のみを享受しようとすれば，安全性は低下

そうはいかない．例えば，個人情報の保護と有効活用という対し，プライバシー侵害を増大する．安全性向上のみを図れば立する要求には，個人情報保護法と暗号技術，管理・運営そ自由は妨げられ，監視強化などによりプライバシー侵害が増してモラルの相乗効果により現在，深刻な課題になっているえる場面も多い．プライバシー保護のみに気を配れば，自由

個人情報保護法への過剰反応はかなり軽減されるはずである．

な情報流通は阻害され，匿名のもとでの悪事も増えて安全性

政府は，今年から 2 月 2 日が情報セキュリティの日と定が低下するケースも多発するだろう．安全性とプライバシー

めたが，その行事の一つとして，2 月 25 日の日曜日，私が保護は必ずしも相反するとは限らないが，多くの場面で，自会長を務める日本セキュリティマネジメント学会では，「情報

由の拡大，安全性の向上，プライバシーの保護は，互いに矛

セキュリティと学会の役割」と題してシンンポジウムを開催

盾相克する（図 8）．このような価値対立状況のもとで，はじした．私は，学会を情報セキュリティ総合科学をダイナミッ

めからバランスの問題と考えて安易に妥協するのではなく，クに構築するための学際的論文が積極的に発表されるようなできる限り高いレベルへ止揚して，高度均衡を図るのが情報

学術交流の場にしたいと訴えた．

セキュリティの役割であると筆者は考えている．

また，情報セキュリティ大学院大学では，このような観点

そこで，「情報セキュリティとは，技術，法制度，経営・管から，従来，暗号・認証コース，セキュアーシステムコース，

理，モラル・心理手法などを総動員して，それらの相乗効果

セキュリティ法制度と情報倫理コースを設けてきた．もちろにより，自由の拡大，安全性の向上，プライバシーの保護をん，学生はどの科目も自由に選択できるようになっている．

可能な限り同時に満たす基盤的システムである」と定義して最近，特にヒューマンエラーなどの人間の心理や行動が情報はどうだろうか（図 9）．これを学術の立場からいえば，情報セキュリティにおける大きな要因になってきたと思われる．

セキュリティは学際的総合科学であるということになる．

暗黙知や信念・価値観など情報セキュリティを支える人間的止揚というのは，御存知のように，ヘーゲル哲学の用語で基盤の中で，今後，情報セキュリティ心理学とでも呼ぶべきあるが，この分野の第一人者で，応用倫理学の提唱者でもあ分野の構築が重要ではないかという議論を大学の中で日々闘る加藤尚武先生にこの話をしたら，止揚といっても，実際にわせている．
字の創設者，佐野常民は，「真正の文明は道徳の進歩を伴わざ

数理 ・ 教論
ソフト・ ハード技術「真正の情報文明は倫理観の変遷を伴わざるべからず」

上
度向
強
グ

光ファ
イバ

情報倫理の重要性はいうまでもない．明治時代，日本赤十
る耐タッ
に対す
ピ
送路 通信・変調技術 ン
伝 光
量子現象

るべからず」と述べている．道徳の進歩というあたりに，明治という時代の気分が見て取れるが，私はこの表現を真似てと考えている．そのことを，つくづく考えさせられたのは，2005 年末に起きたみずほ証券の「61 万株 1 円」事件である．
1 株 61 万円の間違いだと知りつつ購入する行為に対する倫理的評価が大きく分かれ，筆者のアンケート調査結果では，
図7

暗号技術のパラダイム拡大学術文野の拡大（Copyright ©2006 Shigeo Tsujii）

目的軸

ExpansionofFreedom

市場
営・
経
理・

管

三止揚

ImprovementofSecurity

図812と考えていることが分かった．18 世紀のアダムスミスは国

セキュアな社会基盤の構築

自由の拡大

安全性向上

約 3 割の人は市場原理で動いているのだから何ら問題ない

3 Aufheben

プライバシー保護
ProtectionofPrivacy

三止揚（Copyright ©2006 Shigeo Tsujii）（一体化と完結化）

バシー
プライ保護
の

自由の
拡大
技術

融合軸

監視
最小化

モラ
ル

向上
性の
例，
安全
・条 制度
律
法 社会
・
経済
（連携と協調）

図 9 情報セキュリティの理念（Copyright ©2003 Shigeo Tsujii）

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

富論に先立って道徳感情論を書いている．スミスより 38 年
早く生まれた石田梅岩は，商業が勃興した元禄期，武士の倫理に対して商人倫理のあり方を考えた．
インターネット資本主義とでも形容すべきグローバルな新資本主義を迎えた現在，我々は，先人に倣い，最大多数の最大幸福とともに不幸な目にあう人の最小化のための新しい倫理を構築すべきときではないだろうか．
本会では，10 数年前，長尾元本会会長（現国立国会図書館長）や笠原基礎境界ソサイエティ元会長（現大阪学院大学教授）らとの会食の際，情報通信綱領を作成すべきではないかという話が出たのをきっかけに，上園忠弘城西国際大学教授（当時）に主査をお願いし，坂庭基礎境界ソサイエティ会長（東工大教授）らの協力を得て，ワーキンググループを設置し綱領を作成した．また，情報倫理研究会を発足させ，私が初代委員長を務めた．この研究会はその後，「技術と社会・倫理委
員会」と改名して活発な活動を続けている（現委員長木下宏揚
神奈川大学教授）．
グローバル化が進む中で，倫理も含めた精神構造という面での日本固有の問題も深刻である．我が国は，明治以来，和魂洋才，東洋道徳・西洋芸術のスローガンのもとに，西洋文
明の上澄みをうまく吸い取って発展してきた．東洋道徳・西洋芸術は佐久間象山の言葉で，東洋道徳は朱子学でいう理を意味し，芸術は技術を指すようであるが，いずれにしても，精神構造と物質文明とを切り分けてきた．工業社会においてはそれで済んだのだが，グローバルな情報社会ではそれでは至る所で矛盾が噴出するのではないだろうか．例えば，現在，多くの企業は内部統制や米国の SOX 法に類似の法制度への対応に追われている．内部統制には IT ガバナンスや情報セ
キュリティガバナンスが基盤になるので，私も強い関心をもっているのだが，こうした欧米の法制度の底には，キリス
ト教的宗教観，あるいは，「キリスト教は民衆のためのプラト
ン主義である」というニーチェの言葉を借りれば，上に述べたイデアの世界を生み出した精神構造があるといえる．そういう彼らの精神構造と，我々の「和を以って貴きと成す．人
皆たむらあり，争うことなきを旨とす」という小さな輪の中に和を求めがちなメンタリティとの止揚を追及すべきではな
いかと考えさせられるこのごろである．
文

献

［1］

S. Tsujii, “ A new structure of primitive public key
cryptosystem based on soldiers in hand matrix,” Technical
Report TRISE 02-03, Chuo University, July 2003.
［2］ S. Tsujii, K. Tadaki, and R. Fujita, “Piece in hand concept
for enhancing the security of multivariate type publickey cryptosystems: Public key without containing
all the information of secret key, ” Cryptology ePrint
Archive, Report 2004/366, Dec. 2004. http://eprint.iacr.
org/2004/366［3］ S. Tsujii, K. Tadaki, and R. Fujita, “Proposal for piece inhand matrix ver. 2: Enhancing security of multivariate
public key cr yptosystems, ” Workshop Record ofInternational Workshop on Post-Quantum Cryptography（RQCrypto 2006）, pp.103 ─ 107, May 2006.
［4］ 辻井重男，黒沢 馨， 通信網における多種フロー問題の発

私の研究者歴見的アルゴリズム， 信学論（A），vol.J62-A, no.12, pp.825 ─

832, Dec. 1979.
辻井重男， 情報通信からセキュリティまで， 信学誌，vol.89,
no.8, pp.698 ─ 702, Aug. 2006.
［6］ 辻井重男，松島孝夫， 色彩テレビジョン符号変調方式， 特許
第 488883 号，1967 年 1 月 26 日公示．
［7］ 辻井重男，黒沢 馨，伊東利哉，藤岡 淳，松本 勉， 非線
形連立方程式の順序解法による公開鍵暗号方式， 信学論（D），
vol.J69-D, no.12, pp.1963 ─ 1970, Dec. 1986.
［8］ 辻井重男，藤岡 淳，平山裕介， 順序解法の一般化により
公開鍵暗号系， 信学論（A），vol.J72-A, no.2, pp.390 ─ 397,
Feb. 1989.
［9］ S. Tsujii, K. Tadaki, and R. Fujita, “Proposal for piece In
hand matrix: General concept for enhancing securityof multivariate public key cryptosystems,” IEICE Trans.
Fundamentals, vol.E90-A, no.5, pp.992 ─ 999, May 2007.
［10］ 辻井重男，只木孝太郎，藤田 亮， 多様な多変数公開鍵暗号を汎用的に強化する非線形持駒行列の構成法， 情報セキュリ
ティ研究会（ISEC）07-42，はこだて未来大学，July 2007．
［11］ J. Ding, J. E. Gower, and D.S. Schmidt, Multivariate Public
Key Cryptosystems, Springer, 2007.
［12］ 趙 晋輝，辻井重男， ダブルトーク期間において制御可能な
3 端子対エコーキャンセラーの提案， 信学論（A），vol.J71-A,
no.2, pp.379 ─ 386, Feb. 1988.
［13］ 趙 晋輝，エクトル ペレス，辻井重男， 適応信号処理における跳躍アルゴリズムの提案， 信学論（A），vol.J73-A, no.7,
pp.1196 ─ 1206, July 1990.
［14］ 趙 晋輝，側高幸治，中村 理，辻井重男， CM テストとリフティングによる安全な楕円暗号系構成法， 信学論（A）, vol.
J82-A, no.8, pp.1261 ─ 1268, Aug. 1999.
［15］ 辻井重男， 21 世紀 COE プログラム−中央大学「電子社会の信頼性向上と情報セキュリティ」， 信学誌，vol.86, no.11,
pp.900 ─ 905, Nov. 2003.
［16］ K. Matsuo, J. Chao, and S. Tsujii, “Baby step giant stepalgorithms in point counting of hyperelliptic curves,” IEICE
Trans. Fundamentals, vol.E86-A, no.5, pp.1127 ─ 1134, May
2003.
［17］ 辻井重男， BB84 と Y-00 の研究を win-win で推進しよう， 光
通信量子暗号シンポジウム− Y-00 の展望，001-016, pp.1 ─
15, Nov. 2005.
［18］ H. Yamaguchi, A. Kitazawa, K. Kurosawa, H. Doi, and S.
Tsujii, “An electronic voting protocol preserving Voter’s
privacy,” IEICE Trans. Inf. & Syst., vol.E86-D, no.9, pp.1868
─ 1878, Sept. 2003.
［19］ 辻井重男，山口 浩，北澤 敦，黒澤 馨， プライバシを考慮した投票プロトコルの一方式 , 信学技報，ISEC98-42, Nov.
1998.
［20］ 辻井重男，板倉征男，山口 浩，北澤 敦，齋藤真也，笠原正雄，
生体情報が秘密鍵に埋め込まれた構造を有する公開鍵暗号方式， 2000 年暗号と情報セキュリティシンポジウム予稿集，
SCIS2000-D07-1 ─ D07-6, Jan. 2000.
［21］ 辻井重男， 展望−情報セキュリティ総合科学の確立を， テレ
ビ誌，vol.47, no.2, pp.12 ─ 15, Feb. 1993.
［22］ 辻井重男， 超学際総合科学としての情報セキュリティ， 計画
行政，vol.26, no.4, pp.3 ─ 13, Dec. 2003.
［23］ 辻 井 重 男， 文 明 構 造・ 文 化 概 念 の 変 容 と 情 報 セ キ ュ リティ， 信学誌，vol.79, no.2. pp.98 ─ 106, Feb. 1996.
［24］ 辻井重男， IT による社会構造の変容と情報倫理， 信学誌，vol.90, no.1, pp.21 ─ 23, Jan. 2007.
［5］辻井 重男（名誉員）▶ 1958 東工大・工・電気卒．情報セキュリティ大学院大学学長，
中央大学研究開発機構教授，東京工業大学名誉教授．工博．本会会長，
総務省電波監理審議会会長，日本学術会議会員等歴任．本会論文賞，業績賞，功績賞等受賞．IEEE Life Fellow, 第 3 千年紀記念賞受賞．
総務省「電波の日」総務大臣表彰（2003 年度）．日本放送協会「第 55回放送文化賞」受賞（2004 年）．2006 年度高柳記念賞受賞．内閣官
房「情報セキュリティの日」功労者表彰（2007 年）．著書「暗号−ポストモダンの情報セキュリティ」（講談社 メチエ選書），「暗号と情報社会」（文藝春秋社），「電子社会のパラダイム」（新世社）など．

13

元 KDDI 研究所長

村谷拓郎
Takuro Muratani

広帯域通信を拓いた衛星通信とケネディ暗殺ニュースて，衛星通信の実験準備に携わることになった．主たる仕事は，高感度受信装置の開発や衛星通信実験のお手伝いである（図 2）．当時，衛星通信は国家プロジェクト

私は，KDD（国際電信電話株式会社；国際通信を独ともいえるものであり，メーカや各機関の研究所の方々

占的に提供する株式会社で，2000 年に吸収合併の結果，が熱心に開発に携わっていたが，KDD は，国際衛星通KDDI になった）に入社したのは，国際通信の 短波時代

信サービスの唯一の提供者だったので，提供者の立場であり，その後の，衛星通信や同軸海底ケーブルによから，種々の研究やプロジェクトの策定を行っていた．

る 広帯域時代 との端境期にあった． 短波時代 には，波が，寄せては引くように，抑揚のある音声伝送が，1
波当り 1 チャネルの伝送というような状態だったのが，広帯域時代には，1 波で 100 チャネルを超える多重音声伝送のみならず，初めてテレビジョンの伝送が可能になるのだった．
実習で短波の送受信所を見学するうち，面白そうなのは，研究所だと思い，研究所勤務を志望した（図 1）．私は本を買うと，読んでしまったように思うほどの学問嫌いなので，当初は，研究所勤務は向いていないと思ったが，衛星通信という分野には夢があり強く惹かれたわけである．
首尾よく研究所受信課に配属されるや，一兵卒とし

141975 年当時の KDD 研究所（東京都目黒区）

図1

KDD 研究所（KDD 社史，p. 651）

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

衛星通信とともに初の日米間テレビ宇宙中継は，ケネディ米大統領暗殺のニュースで幕を開けた
茨城県十王町に建設された茨城宇宙通信実験所．1963 年 11 月に完成

図2

図3

第一回日米間テレビ中継（KDD 社史，p. 201）

茨城宇宙通信実験所（KDD 社史，p. 195）

高感度受信には，パラメトリック増幅器やメーザ等

発振らしき現象は確認できたが，まともな増幅器にはの低雑音増幅器とスレッショルド点の低い PLD（Phase

程遠い状態だった．数年間もがいていたが，なかなか，

Locked Demodulator）や FMFB（FM Feedback）等のうまく，増幅器にはなってくれなかった．

高感度復調器との組合せが重要だ．我々も，パラメト
リック増幅器や FMFB の試作を行ったり，試作品で衛TDMA 通信方式の開発

星実験を行ったりしていた．低雑音増幅器は，液体窒素
や液体ヘリウムで冷却することによって，初めて，良こんなときに，次世代衛星通信方式として有望視され好な性能が出るので衛星実験でのボンベの運搬は我々ていた TDMA（時分割多元接続）方式の研究が所を挙げの重要な仕事だった．

て行われることになり，誘いを受けた．最初は，片手間

1963 年 11 月 23 日に，日本で初めての日米衛星テレだったが，どんどん仕事量は増え，ひとまず，超電導増ビ中継実験が公開されたが，たまたまその日，祝賀メッ

幅器はあきらめることになった．TDMA 方式は，世界セージを読むはずのケネディ米大統領が，凶弾により中で開発が行われており，開発競争は熾烈であったが，命を失い，そのニュース映像が実験中の衛星によって我々は，いくつものメーカからの提案書をすべて審査す

送られてきたことは御存知の方も多かろう（図 3）．このる立場にあったので，極めて高いレベルから研究をス

実験中，我々は明け方の寒いアンテナサイトで，液体タートできる幸運に恵まれていた（図 4）．私も， 何とま

窒素の運搬や，機器の調整に励んでいたのである．

あ，楽で，反響の多いテーマもあるものだ と思いながその後何度も衛星実験は行われ，通信技術も向上しら，自然にどっぷりと TDMA 方式の研究に漬かっていって，2 年もすると，衛星通信は実用化されることになった．TDMA 方式の研究において，私の担当は，同期復た．研究所の一部は，実用化決定とともに本社に移っ調方式である．同期復調には搬送波再生が必要となるて導入のための準備を行い，残った我々は，衛星通信

が，TDMA 信号は断続しており，これを単一の搬送波技術の改良や次世代の衛星通信を考える立場になった．

再生回路で行うには，極めて速い同期が必要だ．当時は，私は，衛星実験で手馴れてきた極低温技術で超電導増メモリが高価なため，TDMA フレーム長は，PCM のサ幅器の開発を 1 人でこつこつと始めた．超電導素子なンプリング間隔と同じ 125 マイクロ秒と短く，この間

ら接合部や抵抗がないので極めて低い雑音の増幅器がに TDMA 信号が 10 局分もあれば，平均 12.5 マイクロできると考えたわけだ．ところが，これが難物だった．

秒となり，同期に与えられる時間は 1 マイクロ秒足ら

私の技術者歴15

トを短縮させる方法として次の二つに取り組んだ．
第 1 の方法は，入力信号を遅延線で遅らせている間に同期をとってしまおうという方法だ．そのためには，
まず，入力信号を二つに分け，一方が遅延している間に，もう一方で同期をとる．遅延線は約 1 マイクロ秒の遅延で 200 メートルのものを用意した．遅延線の温度が変わっても入出力間の位相差が変化しないような，
位相安定化ケーブルだ．搬送波再生回路は二つないと，

TDMA 信号が切れ目なしに来た場合にうまく全ビットの復調ができない．二回路の切換には，TDMA 信号の開始時刻，ないし，終了時刻の情報を用いる．このやり方は，遅延線を用いた二回路切換方式 として，試作，衛星実験を行い，高い性能も確認された．
図4

TDMA 実験風景（KDD 社史，p. 204）

ずがよいところだ．今なら，TDMA フレーム長を 10 倍
か 20 倍にして，同期回路にかかる負担を大幅に軽減するところだ．
搬送波再生には種々の方法があるが，ほとんどは，

PLL（Phase Locked Loop）の変形で搬送波抽出機能を
PLL に埋め込んだものである，雑音は PLL の低域通過特性により改善する．中でも，再変調方式や逆変調方式は，位相比較特性がほぼ，のこぎり波型になるので，速い同期が期待できると分かった．しかし，更に，調べていくと，のこぎり波型の位相比較特性は雑音によってなまるので，期待したほどの，短い同期時間は得られない．つまり，非同期確率が信号対雑音比にあまり

第 2 の方法は，局ごとに同期回路を設けて同期させようという方法だ．局ごとに見れば，TDMA 信号は断続していても，搬送波は単一の発信源で発生させるので，フレームをまたがって，コヒーレントになるので，局ごとにサンプル値制御 PLL をもたせ，通信開始時に何フレームもかけて同期するようにすればよい．この方法も， 局ごと同期方式 と名づけて，試作，衛星実験を行い良好な結果を得た．
これら，二つの方式は，いずれも，同期用ビットの最短化には役立ったが，何しろ，装置が大きくなるのが嫌われ，実用化されることはなかった．インテルサッ
ト TDMA 方式では，先に述べた，単同調フィルタを用いた方式が採用され，同時に，TDMA フレームも 2 ミ
リ秒と長くして，同期時間による効率劣化を更に小さ強く依存せず，局の識別信号を高い確率（不検出確率＝

くしている．

10-8）で検出できないのが問題だった．

米国コムサット研究所での武者修行

結局，PLL を用いた搬送波再生回路はいずれも本質的に高速同期には向かないことが分かった．また，特性が一番良好なのは，単同調フィルタを用いた搬送波

同期復調の研究がうまくまとまり，一段落したので，再生回路だった．この場合，搬送波抽出には，相数だ

当時，インテルサットのマネジャー役をやっていたコ

けの逓倍回路を使い，フィルタ出力では，リミタ，分

ムサットの研究所（図 5）へ 2 年間の武者修行に出かけ

周回路を入れる．教科書で最初に出てくる搬送波再生

た．米国での家は，環境が良く，家族で米国生活を楽回路だ．我々は，逓倍と単同調フィルタを使った搬送

しんだ．夏には蛍の大量発生で光のカーテンが現れ，波再生回路を試作し，衛星実験でその性能も確かめた．

15 分以内には，ゴルフ場が五つもあり勤務後でも 1 ラ

その結果は十分満足できるものだったので，その後，広

ウンドできる．大いに遊んだが，仕事もした．主たるく使われることになる．

仕事は，SS/TDMA（衛星内スイッチを用いた TDMA）

TDMA 信号の同期復調では，必ずしも単一の高速搬方式の研究であり，従たる仕事は，インテルサットの送波再生回路を使う必要はない．例えば，同期用ビッ実用化 TDMA 方式の仕様書作成に寄与することだった．

16

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

が変われば，制約条件も目的関数も変わってくる．したがって，異なった最適化問題ができるのだ．つまり，いくらでも， 最適 は存在し，いくらでも，テーマができる．幸い優秀な部下にも恵まれ，面白いように成果も出てきた．

静止衛星軌道の最適化をめぐる国際調整

最初に思いついた問題は，SS/TDMA 方式で運べるトラヒックを最大にするにはスイッチの制御パターンをどのようにすべきかという問題だ．この問題に対して
図5

米国コムサット研究所

は，常に SS/TDMA フレームを 100 パーセント使用できるとの結論が得られ，その切換アルゴリズム Greedyが開発された．その後，この問題は部下たSS/TDMA 方式では，地上からの TDMA 信号を衛星内

Algorithm

スイッチに，同期させる方法や TDMA 方式を現用中のちによって，更に発展させられ，各地球局で所持してい衛星にいかに導入していくか等を研究し，結果が認めらる TDMA 関係の装置も考慮して，SS/TDMA フレーム

れて，インテルサット VI 号の SS/TDMA 方式の運用にのパターンのみならず，TDMA 信号の発射タイミング，使われた．インテルサットの TDMA 方式では，我々が，長さまで最適化する運用プログラムとなった．このプ

散々苦労して開発した高速搬送波再生回路がそのまま

ログラムはインテルサットによって買い取られ，現在採用されることになった．今でもすべての TDMA 方式

でもインテルサットの大西洋衛星の SS/TDMA システの運用局では，我々が開発した回路を使っている．

ムの運用に使用されている．

コムサット研究所で感心したことの第 1 は，技術者

第 2 の最適化プログラムは静止軌道の最適利用プロの仕事の成果を大事に，高く評価してくれることだ．同

グラム ORBIT-II だ．当時，静止軌道と周波数の有効利

じ質の成果なら，恐らく，日本における 10 倍以上の確用を研究する国際委員会があり，私も日本からの一代表

率で日の目を見る．技術者冥利につきるし，他人事ながとして出席していたが，そこでの一トピックが衛星間のら，頭脳流出が止まらない一因と感じた．第 2 に，計干渉規格をどうすべきかという問題だった．それまで，算機プログラムがだれにでもやさしく使えるように整

現実には，2 国間交渉が行われており，いわば，2 衛星

備されており，一晩で，1 cm 以上の厚さの文書も作成間の干渉しか取り扱えなかった．これによれば，二つ可能になっていたことである．技術者たちのサービスの衛星が離れるべき距離は算出できるが，他の衛星か精神には感じ入ったものである．

らの干渉で総和が許容量以上に増えるのは規制できず，

2 年の武者修行も終わり，帰りには家族で大陸横断ド

逆に，過剰に規制する場合もあって，静止軌道の有効

ライブを楽しんだ．毎日のドライブ終了後，落日の時間

利用にもつながらない．それに対し，我々は，干渉量が 30 分ずつ遅くなることで時差を感じたり，グランドの総量規制を主張した．つまり，多衛星間の干渉規格（総キャニオンの壮大な景色には感激した．車は到着地のサ合干渉規格）で，衛星の位置を最適化すれば，これらのンフランシスコで売り払い，ハワイへの飛行機に乗っ問題は一挙に解決すると考えたのである．このためにた．ハワイでも楽しんだことはいうまでもない．帰国し，開発したのが，ORBIT プログラムだ．委員会では，大管理職にもなると，今度はテーマを与える側だったが，国の力を背景に，2 国間交渉を支持するアメリカと多国

早速，コムサット研究所での経験が役立った．

間で調整すれば理想的解が得られるとする日本との意

コムサット研究所の計算機プログラムは整備はされているものの，すべて，解析プログラムだった．これを一歩進めて最適化プログラムの開発を思いついた．場面

私の技術者歴見の対立があったが，大国主義のアメリカと国連に寄り添う日本との対立の縮図をみる思いだった．
そうこうしているうちに，外部での事態が進み，静17

深海用光海底ケーブル．6 本の細い心線部分
が光ファイバ

図6

ORBIT-II の画面

図7

深海用光海底ケーブル（KDD 社史，p. 701）

止衛星数の急増を心配した開発途上国が己の静止軌道

は，畳込み符号とされていたが，実は当時，現実的に位置を確保したいと，軌道のプラン化を主張し出した．

実現できる範囲では，ブロック符号の方が高性能なこプラン化の是非は議論があり，日本は必ずしもこれに組と，装置の構成，データの終端部処理，インテルサッ

するものではないが，ORBIT プログラムはプラン作成

ト TDMA 方式に適した符号の提案等を行った．我々のには，最適だった．あらかじめ，すべての国の衛星が実提案した符号はインテルサット TDMA システムの仕様存するものとして軌道位置を決めればよいからである．

書で推奨されている．SS/TDMA 運用プログラムは，前初期のプログラムは，約 10 個の衛星を取り扱える多国間調整用だったが，プランの作成にも使うとなって，200 個ほどの衛星まで扱えるように発展させ，これを，述どおり実用システムで使用されている．

広帯域通信は衛星から光ケーブルの時代へ

ORBIT-II と名づけた（図 6）．ORBIT-II はジュネーブのITU（国際電気通信連合）本部に移管され，WARC-ORB

衛星通信は，約 30 年間国際通信の主役の座にあった（プラン化のための主管庁会議）では，ある周波数帯でが，1995 年波長多重による光ケーブルが日米間に敷かのプランの作成に使われたのである．

れるに及び，突然，その役割を終える．光ケーブルの素

このごろの仕事では，インテルサット契約の数々が晴らしさは，目を見張るものがあり，その容量は，衛印象に残っている．コムサット研究所からの帰国後，

星通信の約 1 万倍以上である（図 7）．もはや，衛星通信

インテルサットと研究契約を行い，種々の仕事をした．

は比較の対象でもなくなった．

14/11 GHz TDMA 方式のダイバーシチ運用，TDMA 方

光ケーブルが出現した当初，皆，争って，敷設しそ式に適合した FEC（Forward Error Correction）符号のの数は日米間だけでも 10 本に近い．しかし，その勢い

研究，SS/TDMA 運用プログラムの開発等が主たる契約は数年で，突然，止まった．あまりの容量増に需要がだろうか．インテルサットとの契約は，我々も興味があ付いていかず，経営難が続出したのである．需要が年 2り，遂行したかったテーマの加速には，もってこいだっ

倍で伸び続けても，15 年ほどは，ケーブルを満杯にすた．しかも，その成果は，インテルサット事務局を通しることはできないだろう．15 年も仕事なしで存続できて実用システムに直接反映されることになった．14/11

る会社はない．現在はふんだんな容量のお蔭で利用者

GHz TDMA のダイバーシチ運用では，瞬断なしに二つは，空気のように安い国際通信を楽しんでおられるが，のアンテナを切り換える方法，ダイバーシチの利得は数年の後に，次の需要期があるように思う．そのとき，

いかほどか，等の研究を行った．

だれが敷き，だれが費用負担するのかは，興味ある問

FEC の研究では，TDMA 方式に適した誤り訂正符号

18

題だ．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

国際通信においては大容量化や，新しいサービスの提供を可能にする点で，無線通信の役割は極めて大き怒らしたものである．会話が下手ならよかったのにと同情したものである．

かった．特に周囲を海に囲まれた我が国では，まさに私自身も，国際会議での議長役は何度も務めたが，こ主役であった．しかし，今後の無線通信は，長距離伝れもあまり心配はない．会議中は，外国語を話す人同士

送ではなく，携帯電話や PC との接続になくてはならなの意見交換が，直接やり取りされず，必ず，議長を介しい役割を果たしていき，その重要度はますます増してて行われるからだ．議長が内容を理解することが絶対いくと思われる．

必要なので，皆，やさしい英語で議長を説得してくれ

若い諸君に一言る．要は，議長たるもの内容に対する理解力は大事だが，会話力はそこそこでもよい．
人とテーマについては，ツキも必要であるが，長い人長い研究所生活を，翻って考えるに，細部では失敗

生では，筋の良い人やテーマに遭遇するものと思ってよや思い違いは日常茶飯事であったが，大まかには，静い．要は，常に，意識し触角を研ぎ澄ましておくことだ．

止軌道と周波数の有効利用ということで一貫したテー

いったん，良いテーマや良い人に出会ったら，楽しみなマを研究できたように思う．これも周りの人々や筋の良がら，意欲と集中力の高い仕事をしてもらいたい．意欲いテーマに恵まれたお蔭だ．周囲の人といえば，よくや集中力は楽しい仕事だと思うことによって出てくる．

もまあ，こんなに粒のそろった素晴らしい先輩，後輩に楽しくなくては，仕事ではないと思って励んで頂きた囲まれたと思うほどである．先生や先輩には，素晴らい．

しいテーマを頂いたし，部下たちの努力，能力なしには，何もできなかったと実感している．10 人ほどの研究室で半分は，KDD の役員になったし，全員が要職につい村谷 拓郎（正員：フェロー）ている．特に，ORBIT-II の仕事では，身に余る賞を，数々▶昭 37 東工大・電気 B コース卒．KDD 入社．研究所に配属され，衛星通信の研究に従事する．研究所では，衛星通信の実用化，TDMA 方式の研究等を行う．昭 48 東京工業大学より工学博士号を受ける．次いで，コムサット研究所へ出向し，主としてSS/TDMA 方式の研究を行う．昭 50 帰国，研究室長，研究所次長を経て，昭 62 KDD 研究所所長になる．昭 63 ニューヨーク事務所長，平 3 取締役就任，平 8 KDD 副社長になる．平 10（株）
KDD 研究所長，平 13 同社を退社し，現在に至る．論文賞，C&C
賞，紫綬褒章，日本 ITU 賞等を受ける．平 18 年度本会功績賞受賞．

頂いたが，掛け値なしに，共同研究者の力だと思っている．私が威張れるのは，運にも恵まれ，筋の良い人たちの間にうまくもぐりこんだということぐらいだろうか．
英会話について一言．要は，内容次第であり，あまりうまい，下手は，考えなくてよい．昔，英会話がバカにうまく，内容は今ひとつという人がいた．その人は，交渉中，いわずもがなのことを相手にいって，会話がよく通じるのが，かえってあだになり，相手をえらく

私の技術者歴19

国際会議

4th IEEE Consumer Communications andNetworking 通信ソサイエティマガジンでは会員の方々に関係する国際会議について，Conference（CCNC 2007）
会議の一般的な概要報告ではなく，会議に見る研究・技術開発のトレン

報告

ド，諸外国・諸機関の動向，今後の展望などを，執筆者の個人的な見解を含めて提供します．会員の方々にとって，新しい分野・異分野へのチャ
レンジあるいは学際領域との交流などの参考にして頂ければ幸いです．

（編集委員会）4th IEEE Consumer Communications andNetworking Conference（CCNC 2007）

クショップも四つ，併せて開催された．

概況報告

会議概況
会議は，初日である 11 日に，チュートリアル講演とパネ
東京工業大学山岡克式

ル討論，及び併催のワークショップが実施され，2 日目及び3 日目である 12 日，13 日に，テクニカルセッション及び基調講演，パネル討論，デモ展示が実施された．

IEEE Communications Society（ComSoc）が主催するこチュートリアル講演は，残念ながら 1 講演が当日キャンセの国際会議は，ComSoc の主催する 22 の主要会議（Major

ルとなり，5 講演が実施された．チュートリアル講演は，通Conferences）の一つに位置づけられており，特に家電分野に

常は会議参加費とは別に聴講費が必要であるが，今回の関連する通信技術及びアプリケーションに焦点を当てた国際

CCNC では，会議参加者には，参加登録時に希望すれば，会議として，また，産業界の現場の技術者と学会の最新技術

チュートリアルのうち一つに無料で参加できる特典があり，を結び付ける機会として，まだ歴史は浅いが，大いに着目さそのせいもあってか，実施されたチュートリアル 5 講演は，れている国際会議である．

いずれも満員盛況であった．ただし，筆者の参加したチュー

今年で 4 回目となる CCNC2007 は，昨年度に引き続き，

トリアル講演も，知人の参加した別のチュートリアル講演で米国ネバダ州ラスベガスの HARRAH’S ホテルにて，2007

も，きちんと事前に参加登録してあるにもかかわらず，各会

年 1 月 11 日から 13 日の 3 日間，開催された．この日程は，場で講演の配布資料が不足し，当日受け取れなかった参加者

ちょうど同じくラスベガスにおいて 1 月 8 日から 11 日までには後日配布となる，不手際が見られた．

開 催 さ れ た， 世 界 最 大 の 家 電 製 品 見 本 市 で あ る CES

併催のワークショップは，下記の四つが開催された．

（Consumer Electronics Show）を考慮して設定されており，・IEEE International Workshop on Digital Rights

CES の参加者も，CES における最新製品情報のみならず，
併せて CCNC に参加することにより，家電に関する最新技
術を総合的に収集することが可能である．なお，CCNC 設
立の目的や経緯に関しては，CCNC 立ち上げの主要メンバである太田直久氏による以降の解説記事を，併せて御参照頂
きたい．
CCNC2007 は，最新の研究成果が発表される 35 のテクニ

Management（DRM）
・IEEE International Workshop on Networking Issues inMultimedia Entertainment（NIME）
・IEEE International Workshop on Cognitive Radio
Networks（CRN）
・IEEE International Workshop on Peer-to-Peer
Multicasting（P2PM）

カルセッションに加え，四つの基調講演，六つのチュートリ

基調講演は，初日 11 日の夜，12 日の朝，12 日の夜，13

アル講演，六つのパネル討論，及び最新技術のデモが展示さ

日の夜の合計 4 件実施された．特に，11 日の夜は歓迎イベ

れるデモセッションから構成され，また，本会議の関連ワー

ント（Welcome Reception）の最中に，また，13 日の夜は懇20

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

国際会議報告

親会（Banquet）の最中に実施され，どちらも多くの参加者がを主催する IEEE Communications Society（ComSoc）がど

聴講し，また講演後も，その内容をもとに活発な意見交換がのような背景とねらいで，会議を立ち上げたのか，その立ち行われた．また，12 日の朝に開催された基調講演に先立つ上げ手法も含めて紹介する．

実行委員長の挨拶では，和やかな雰囲気の中，実行委員長か

CCNC のねらいと設立の背景

らの，「この会議も今回で 4 回目になりますが，初めて参加し

CCNC は，シンプルに表現すると，家電，特に家庭，及た人，手を挙げて下さい．では，2 回目の人，3 回目の人，4び個人の領域における通信とネットワーク技術の重要性に

回全部参加した人いますか」との呼びかけに，それぞれ手がフォーカスした会議である．同時に，CCNC は，世界の家

挙がり，特に 4 回すべて参加している人も 10 数名程度見受

電 機 器 最 大 の シ ョ ー で あ る CES（Consumer Electronics

けられ，それらの人々に対しては，賞賛の言葉が実行委員長

Show，ラスベガスにて開催）とほぼ同時期に，ラスベガスにから発せられた．

て開催することにより，家電業界の技術者，アプリケーショ

テクニカルセッションは，大きく下記の 4 分野に関して，
35 セッションが実施された．

ン，サービス関係者の参加を容易にし，彼らに通信技術のエキスパートの集まりである ComSoc の存在意義を認識させ，・Wireless Networking

ひいては，会員に誘うねらいがある．

・Multimedia Networking

本 来， 通 信 と ネ ッ ト ワ ー ク 技 術 は，IEEE の 中 で，・Enabling Technologies

ComSoc のテリトリーであり，通信理論，光ファイバ通信シ・Novel Applications

ステム，無線通信システム，ネットワークマネージメント，

こ れ ら の 中 に は，OFDM や Ultra Wideband，Energy

インターネット技術，ブロードバンドアクセス技術，マルチConservation といった物理層に近い分野のセッションから，

メディア通信など，広範な分野をカバーしてきた．しかし，

MAC Protocol，Routing，Sensor Network，Video Net-

従来はキャリヤ（通信事業者）のネットワーク，企業用システ

working，Home Networking Middleware，Mobility

ムが中心で，個人が所有する家庭内，個人周辺ネットワーク

Management and Applications といった，家電製品やホーム

や，デバイス同士の通信技術などは，技術の根幹は同じにもネットワークの通信及びネットワ−ク技術に関するセッショ

かかわらず，ComSoc では主たるテーマとしては扱われてこン，更には，Content Distribution/Streaming and Its Com-な か っ た． 対 応 す る テ ク ニ カ ル コ ミ ッ テ ィ（Technicalmercial Applications や Integrated Home Network based on

Committee：TC，技術委員会）もなかった．

P2P Technologies，Multimedia Over Wireless and Packet

今や家電機器も十分な計算パワーと通信機能を有し，家電

Network，Collaborative Media and Security の よ う に， ア

機器で家庭内や個人の周辺で高速のネットワーク環境が構築

プリケーションに近い分野のセッションなど，様々なセッできる．そこで必要となる新たな技術開発，標準化が重要とションが含まれるため，CCNC に出席することにより，自なってきている．ComSoc では，2003 年頃から，関連する分の専門分野に限らず，家電を取り巻く通信，ネットワーク，

TC が新たに立ち上げられたり，既存の TC が家電領域の課及びそれらに関連するアプリケーション技術に関する最新技

題をテーマに入れたりするようになった．例えば，Multi-

術に関して，総合的に動向を把握することが可能である．こmedia Communications TC が Consumer Network をカバー

れらのセッションのうちいくつかについては，その詳細や技

し， 新 た に Power Line Communications TC，Consumer

術動向，会場の雰囲気など，各分野の専門家の方々による以Networking Sub-committee，Ad Hoc & Sensor Communi-

降の報告記事を，御参照頂きたい．

cations & Networks TC が作られた．

なお，次回の CCNC2008 は，同じく 2008 年 1 月 7 日から

このような状況から，ComSoc はこの分野を重要と判断し，10 日の日程でラスベガスで開催される CES に合わせて，自ら主催する会議として，複数の TC で共同して CCNC を2008 年 1 月 10 日から 12 日の 3 日間の日程で，今年度と同立ち上げることとした．すなわち今後新たに生じてくる家電様ラスベガスで開催される．

領域からの技術，アプリ，サービスの研究開発の動きを積極的に ComSoc の活動に取り入れようとしたものである．

国際会議 CCNC：ComSoc の
新たなチャレンジ慶應義塾大学太田直久

CCNC の立ち上げ
最初の会議である CCNC2004 の準備は，極めて迅速であった．ComSoc 上層部がこの分野を重要と考え，早期の立ち上げを望んだことによる．最初の議論は，理事会と理事会の中間に行われる運営委員会（OpCom）で 2003 年に始まり会議の開始準備が始められた．この議論と準備を主導したのは，
ComSoc Vice President の 一 人 で あ っ た Dr. Alexander D.

CCNC は 2004 年から開始された新たな国際会議であり，

Gelman で あ っ た．Gelman 氏 は 会 員 増 強 担 当 の Vice

通信分野において 家電領域の通信技術 という新たなセグメ

President（VP-Membership Development）であり，会員増ントを確立しつつあり注目されている．ここでは，CCNC

加の観点からも CCNC の企画が進められた．

国際会議報告21

最初の CCNC の実行委員会は 2003 年から組織され，委員

P2P マルチキャストに関するワークショップが複数設けら会が実質動き出してからほぼ半年後には会議が行われていた．

れ，数多くの有益な研究成果が発表された．以下，P2P 関

筆者は，CCNC2004 の Steering Committee（運営委員会），
及び実行委員会メンバとして，最初から参加したが，頻繁に電話会議を開催して，ほぼ電話会議のみで準備を進めたことが印象的である．

連の技術的なトピックについて報告する．

技術トピックP2P の適用範囲が広がり，ネットワークインフラへの影響度が大きくなるにつれて，P2P システムの効率化が要求され当初から，最初の 2 回の CCNC は，試行錯誤の時期で，るのは必然であろう．多くの P2P システムでは，そのファ赤字覚悟で実施せざるを得ないとの認識で進めた．まずは認

イル検索に分散ハッシュテーブル（DHT）を用いているが，知されることが重要との考え方であった．CCNC2005 では，

このファイル検索用パケットがネットワークリソースを大き

筆者は General Chair をまかされて，準備に大変な一年を過く消費してしまう．この検索用パケットを削減するために，ごすこととなり，まさに産みの苦しみを味わうこととなった．

ピアの位置を特定してピア間の経路を最適化する手法や，マこれらの苦しい時期を過ぎて，CCNC2006 からは，かな

ルチ Destination ルーチングによる DHT メッセージの負荷

り認知度も上がり，健全な財政状況で運営され，技術内容と削減技術に関する発表（松下）があり，活発な議論がなされた．

しても，整理されて，かつ広がりを見せてきた．

一方，欲しいコンテンツがどの端末に存在するのか高速に

CCNC の特徴

検索する技術についても関心の集まるところである．本会議

会議のカバーする技術内容，テクニカルセッションに関しでも，いくつかのパラメータ（共有ファイル数，成功クエリては詳細な報告が別途あるので，ここでは，CCNC の大き数など）をもとに，検索していくピアを取捨選択していくこ

な特徴を示す．

とによりコンテンツを高速に検索する手法（トムソン）が熱心

アプリケーションパネルが数多く企画され，そこでは，に議論された．

CES と併設しているメリットを生かして，家電業界の専門

また，ホームネットワーク上のデバイスを P2P 接続する家，業界標準の推進担当者による最新動向，など，技術の適場合に問題となる，デバイス間のプロトコルの違いや処理性

用対象の情報が得られやすいことは大きな特徴である．

能の差異を埋めるための研究発表が日本勢から多く行われまた，デモセッションがあることが，他の通信関係の国際た．例えば，IEEE1394 を話す AV 機器と HTTP を話す携会議とは異なる特徴である．これは商品一歩手前のプロトタ

帯電話を相互接続するために，プロキシを用いてプロトコル

イプ（主として企業の研究所からの発表が想定される），また変換する手法（京大）や，デバイス間をつなぐネットワーク帯

は研究成果の最先端成果の実物デモなどが奨励される．デモ

域差によって一部のデータ片が欠けたとしても，映像データのプレゼンに対しても，ベストプレゼンテーションが表彰さを再送なしで途切れなく再生できるようにする Multiple-

れる．

description 符号化手法が提案された．符号化方式は枯れた

CCNC の背景を見ると，ComSoc がいかに，会員獲得とテーマであるが，P2P ネットワークの柔軟性を高める手法

新たな分野の開拓に戦略的に動くかが理解できる．電子情報として多数の応用提案がなされており，研究課題はまだまだ通信学会及び通信ソサイエティの今後の活動の展開において残っているという印象を受けた．

も参考になると幸いである．

更に，P2P ネットワーク上で様々なアプリをサポートするために，P2P ネットワークの高品質化を図る技術にも関心が集まっていた．例えば，NAT 越えのためにピア間を中P2P 技術の動向について
日本電気株式会社概

継 サ ー バ 経 由 で 接 続 す る と， 伝 搬 遅 延 が 増 加 す る た め，

吉見英朗

要

P2P（Peer-to-Peer）技術は，システムのスケーラビリティを向上できる技術としてその適用範囲が広がっており，最も注目される技術領域の一つとなっている．CCNC においても，P2P に関連する論文が多数発表されるとともに，常に30 名以上の聴講者が見られ，活発な討論がなされた．P2Pに関する発表はトータル 20 件ほど（企業／大学で半々）あったが，その 8 割は日米勢で占められており，日本の存在感は非常に大きかった．特に今年度は放送と通信の融合をにらんで，

22

図1

P2P セッションの様子

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

国際会議報告VoIP など遅延時間の制約が厳しいアプリはサポートできな

トピック

くなる．この問題を解決するために，伝搬遅延が最小となる

ア ド ホ ッ ク ネ ッ ト ワ ー ク の セ ッ シ ョ ン で は，V. M.

中継サーバを推測する手法が提案され（松下），注目を集めて

Chhieng 氏らによる “Efficient Geometric Routing in Ad-hoc

いた．これに対し，筆者は中継サーバを介することなくピア

Networks” という発表が注目を集めていた．これは，各ノー間を直接接続する NAT 越え手法の研究発表を行ったが，本ドが GPS などを用いて地理的な位置を把握できる環境下で，発表には多数の質問が集まり，アプリフリーな P2P ネット

極めて最適に近い経路を生成する手法を提案し，その性能をワークを構築することへの関心の高さが見られた．

実験によって示しているもので，理論と実践のバランスの取また，通信と放送の融合がいよいよ現実化する様相を帯びれた良い論文であると感じた．また，同セッションでは，他てくる中，P2P ネットワークでの映像マルチキャストにつに 3 件の発表があったが，C. Fu 氏らの研究が，最近他の無いて大きな関心が集まっており，二つのワークショップが開

線通信分野でもよく用いられるクロスレイヤのアプローチを催された．

適用しており，興味深かった．一方で，2 件の欠席（いわゆ特に，マルチキャストトリーを構成しているピア間の処理

る no show）があったのは残念である．

性能差を考慮してデータを Layered 符号化したり，ピアの他のセッションでの発表では，遅延抑制・フロー制御・負退場によって崩れたマルチキャストトリーを高速に再構築す

荷分散といったような QoS 向上を目指す内容が多く，アドる技術（慶大）に注目が集まっており，高品質な映像配信ネッ

ホックネットワーク上での通信に要求されるレベルが上がっ

トワークを P2P 技術を用いることにより安価に構築するこていることがうかがえた．また，報告者の聴講した限り，すとが期待されていると改めて認識した．

べての発表で活発な質疑が行われており，会議自体の質の高総括と今後の展開

さとテーマとしての注目度が感じられた．なお，蛇足だが，このように，P2P セッションでは質の高い研究成果が多報告者らも，無線ルーチング及びトポロジー制御のセッショ数報告されたが，コンテンツ流通インフラとして不可欠なンで AODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector）を拡張

サービス妨害対策やコンテンツの整合性／鮮度管理などの議するプロトコルに関する発表を行っており，シンプルかつ古論は十分なされておらず，今後の学会活動が期待されるとこ

典的な内容であったにもかかわらず，多数の質問を受けた．

ろである．

ところで，本会議では実機を持ち込んでのデモンストレー

今後も，情報家電の普及や通信放送融合の進展に伴い，密ションセッションも設定されている．しかし，残念ながら，接なデバイス間連携や効率的な映像配信を実現する技術の需20 数件の発表の中でアドホックネットワークに関するもの

要が高まっており，それゆえ P2P の研究開発が引き続き重は 1 件で，それもネットワークの生存期間を長くするという，要な役割を担うことは間違いない．P2P のビジネスモデル

どちらかというとセンサネットワーク寄りの内容であり，特はまだ確立されていないが，マッシュアップやウェブサービ

に報告者の興味を引くものではなかった．多数の端末が動きスといった次々と出現してくる枠組みと結び付いていくこと回るような環境で真価を発揮するアドホックネットワークをで，だれも想像していなかった新しいビジネスが突如生まれ

簡易な形でデモンストレーションするのは難しいのかもしれてくるものと思われる．

ない．

総アドホックネットワーク関連研
究の動向
大阪大学

概

木下和彦

括

以上のように，複数のセッションにまたがって多数のアド
ホックネットワーク関連論文が発表され，その内容及び質疑の活発さからこの分野の成熟度の高さがうかがえた．なお，最初に紹介した M.Chhieng 氏らの論文が Best Paper Award
を受賞したことを記しておく．

要

アドホックネットワークに関する研究は，一過性のものにとどまらず，近年ますます盛んになりつつあり，本会でも今年から新たに第一種研究会が発足することは周知のことかと思われる．本稿で紹介する CCNC2007 においても，“Ad hoc
Networks” と銘打たれたもの以外にも計六つのセッション
で関連する発表があった．並行して開催されていたものもあり，残念ながらすべての発表を聴講することはできなかったが，同行した学生からの報告も含めて，以下にそのトピックを示す．

国際会議報告

図2

会議の様子

23

User mobility and Handoff
研究の動向について
九州工業大学ク に 機 器 を 追 加 せ ず， 端 末 主 導 型 で mobility を 実 現 す る
Handoff 管理手法に関して，研究発表を行った．この手法では，無線品質の劣化の迅速な検知の目的で下位層から取得可
能な情報を利用している．このような上位層と下位層の連携

塚本和也

による問題解決方式はクロスレイヤアプローチと呼ばれ，Handoff だけでなく，主に無線環境における安定した通信の実現のために，別の発表でも多数採用されている（FP1-L3-1

セッションの構成“Cross-Layer Design for Optimizing the Performance of

FP1-L7 User mobility and Handoff セッションは，会議のClusters-Based Application Layer Schemes in Mobile Ad

初日の午後に行われた．2 日目には SA2-L7 Mobility manage-

Hoc Networks,” SP1-L4-2 “A Cross-Layered Network-

ment and Application も行われたが，今回は前者に着目し，Adaptive Video Streaming over WLAN： Channel

その中から個人的に印象に残った発表について御紹介する．

Monitoring and Video Rate Adaptation,” 及 び SP1-L6-1

Mobility に着目した研究発表は，上記の二つのセッション“Extended Packet Size for Future Video Dominated以外にも，FA2-L4-3（Wireless Routing and Topology Control

Network” な ど ）． 本 発 表 は General chair で も あ る John

セッション内），FP1-L6-6（Media Support セッション内），

Barr 氏（モトローラ）から質問を受け，Handoff に関する注及び SA2-L2-1（Autonomic Communications II セッション

目度の高さが見られた．

内）など，幅広いセッションに分散されて配置されていた印

このセッションでは，上記の発表に加え韓国からの発表が象があり，実際に聴講された方にとっては移動が多く，すべあったが，発表時は用意した原稿を棒読みしていたため，発てを見て回るのが大変難しいプログラム構成だったと思われ

表の論旨を十分に理解することができずに残念に感じた．質る．

疑応答において，疑問に思った点を質問したのだが，双方の興味をもった発表の内容と会場の様子

英語のスキルの問題で意思の疎通がうまくいかず，質疑応答

User mobility and Handoff セッションの会場に集まったの難しさを痛感させられた．国際会議ではよくあることだが，参加者は，会場の規模からすると少し寂しい 15 〜 20 人程度

私も含めて non-native の英語話者としては，常にプレゼンであった．当初 6 件の発表が予定されていたが，実際に行わテーション能力の向上を意識して努力する必要があると感じれた発表は 4 件で，結局 2 番目と 6 番目の speaker は最後また．

で現れなかった．私は上記の二つの発表を大変楽しみにしていたため残念に感じた．

会議全体に関する感想
他の会議と比較して発表のキャンセルが目に付いた．年始

実際聞いた中で興味深かったのは 1 件目の “Case Study ofという会議の時期も影響していると思うが，チェアが現れな

Mobility Support for IPv4/IPv6 Backbone Networks” と いかったセッションもあり，会議の運営に関して改善が必要だ

うタイトルの発表で，IP（Internet Protocol）v4 アドレスと感じた．また，日本人による発表数は比較的多く，発表件の枯渇問題に伴い，今後は IPv6 ネットワークが普及し，従数による存在感はあったと思われる．一方，US の方々は発来の IPv4 ネットワークと混在する状況に着目していた．こ

表数も多い上に質疑応答でも発言が多く，会議全体の主導権の状況では IPv4/v6 ヘッダの一貫性を保つためのネットを握っていると強烈に感じた．今回の会議を通じ，日本人もワークの接続点での transition（変換）作業が必要不可欠とな

特にプレゼンテーション能力の向上，ディスカッション能力

るが，従来研究では mobile 環境での transition を想定しての向上に更に努力する必要があるとの認識をもつに至った．

いない．そこで，IETF において標準化が完了している MIP（Mobile IP）ネットワークにおいて，IPv4/v6 ネットワークの混在時に必要となる追加機能を，送受信端末，内部ルータが保持する機能別（IPv4/v6）に 9 パターンに分類している．
講演者の英語もクリアで聞き取りやすく発表にも慣れている様子で分かりやすかったが，MIP ネットワークでは，従来の Internet 機構に内部ルータである HA（Home Agent）
や FA（Foreign Agent）を追加することで，mobility を提供している．更に，この混在ネットワークでは，これらの機器に更に複雑な機能を追加する必要があるため，発表を聞いているうちにその実現性に疑問を感じた．聴衆もこの問題について注目度が高く，質疑応答時間では収まりきれず，セッショ
ンの終了後の休憩時間にも議論が続いた．
これに対し報告者は，このセッションにおいて，ネットワー

24

図3

User mobility and Handoff セッションの様子

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

国際会議報告Video Networking セッション
報告

る H.264/AVC［1］では，更に細かく，マクロブロックごとにフレーム間予測符号化を用いるか否かを設定できることに着目し，各フレームを更にスライスと呼ぶ単位に分け，各フレームに I スライスと P スライスを混在させることで，各フ

東京工業大学安川健太

レームの情報量を平均化させ，ビットレートの平滑化を図るというのがキーアイデアであった．実際に，リファレンスエ
ンコーダに実装し，ビットレートを平滑化できたことを示し

概要ていた．最新の映像圧縮技術の動向を掴んだ上で，それをネッ

CCNC 2007 のスコープは広く，筆者が報告をさせて頂くマ

トワーク伝送の際の問題解決に応用するというアプローチ

ルチメディア通信関連のセッションから，その基盤となるルーに，幅広い情報収集の重要性を再認識する発表であった．

チングプロトコルやメディアアクセス制御に関するセッショ

後者は，近年の低価格，あるいは無料の IP 電話の普及にン，更には無線通信や物理層に関するセッション，衛星間通信，伴い，問題として浮上しつつある SPIT への対策に関する発

惑星間通信までも視野に入れた Delay Tolerant Networks に表であった．同研究では，機械による通話を阻止することを関するセッションまで，非常に広範囲の研究分野が含まれて目的に，発呼の際，発呼者に対し，音声であらかじめ登録さいた．筆者が報告をさせて頂く SP1-L6 Video Netwworking

れた質問をし，その回答が正しかった場合に限り，着信先をセッションの中についても同様の傾向が見られ，映像伝送を呼び出すという，音声版の Captcha［2］ともいうべきシステする際のパケットサイズに関する検討から，IP 電話を利用しムの提案であった．アイデアはシンプルで，ユーザビリティ

た Spam，Spam over Internet Telephony（SPIT）への対策の点で改善の余地があると，発表者自ら認めるところであっに関する研究までが，一つのセッションの中で議論されていたが，会場からは複数質問が挙がり，同問題に関する関心のた．以降，同セッションについて報告させて頂く．

高まりが感じられた．筆者の知る限りでは，現時点で SPIT

セッションに参加してによる被害が多数出ているとは聞いていないが，今後も動向

SP1-L6 Video Networking セッションでは，予定されてを見守るべき分野だと考えられる．

いた 6 件の発表のうち，1 件も欠けることなく発表者が会場総入りしたが，肝心の座長の姿がなく，発表者の間に一時不安

冒頭で述べたように，CCNC は，会議の取り扱うトピッな空気が流れた．そのうち，事情を聞いた方が代理で現れ，クの幅が広く，各トピックについての深い議論を行うという急遽座長を務めることで，セッションは無事執り行われた．

目的よりは，新たな領域の発見，アイデアの創出のきっかけ

参加者は 10 数名と，やや少ない様子であったが，これは並という意味で，よい機会になり得る会議との印象を受けた．

列 7 セッションというプログラム構成に加え，時間帯が会議

一つ残念に感じたのは，アジアからの発表者の割合は高いもの最終日の午後であったことによるかもしれないと感じた．

のの，日本の研究者の割合は高くないという印象を受けたこ

本セッションは，タイトルこそ Video Networking と定めとである．コンシューマ向けの技術は，携帯電話をはじめ，られているものの，筆者が共著者を務めたフロー受付制御方

日本が世界をリードしてきたことを考えると，よりいっそう式に関する発表や，冒頭で述べた SPIT に関する発表まで含

世界にアピールしていく場として，国際会議のような場は重まれ，マルチメディア通信に関する技術一般を取り扱うセッ要だと考えられる．特にそれを強く感じた例としては，モトションという印象であった．ここでは，筆者が興味深いと感

ローラ社の CTO，Ray Sokola 氏の基調講演において，携帯

じた，3 件目の “Efficient Smoothing of Robust VBR Video

電話によるナビゲーションシステムや，ネットワーク経由でTraffic by Explicit Slice-based Mode Type Selection” と，6

最新の地図情報を取得するカーナビゲーションシステムの例

件目の “Cure for Spam over Internet Telephony” に関してなどがプレゼンテーションされていたことが挙げられる．読紹介させて頂く．

者もお気づきであろうが，上記のようなシステムは既に日本

括

前者は，映像ストリームをネットワーク伝送する際，ビッにおいて類似の実用化された例が存在する．それを承知の上トレートの変動幅が大きいほど，ピークレート付近でキューでのプレゼンテーションであったかどうかは定かではない

イング遅延やパケット損失が生じやすく，円滑な伝送が難しが，日本の技術も，同様に声高に世界にアピールし，技術力くなることに着目し，圧縮後のビットレートがなるべく平滑の意味での世界におけるプレゼンスを高める努力の重要性を化されるよう工夫した映像エンコーダの提案であった．同研

再認識した会議であった．

究では，MPEG に代表される従来の映像圧縮規格では，フレーム内圧縮が行われた I（Intra coded）フレームと，フレー
ム間予測符号化が行われた P（Predictive coded）フレームというように，フレームごとに圧縮方法が設定されるため，情報量が多い I フレームが伝送される際にビットレートが高くなってしまうのに対し，近年標準化された動画圧縮規格であ

国際会議報告文

献［1］ ITU-T Rec. H.264，ISO/IEC 14496-10：2005 (E)，2005.
［2］ M. May, “Inaccessibility of CAPTCHA. Alternatives
to visual turing tests on the Web,” Web page. http：//www.w3.org/TR/turingtest/（平成 19 年 4 月 2 日受付）

25

IEEE Wireless Communications and Networking
Conference（WCNC 2007）

ジア勢が約半分を占める結果となった．会議のスケジュー

概況報告

ルは，初日がレセプション，2 日目から 4 日目にかけてテク
ニカルセッション，4 日目の夜にバンケット，最終日がチュー
横浜国立大学落合秀樹

トリアル講演であった．メインの 3 日間は，テクニカルセッ
ション以外にも，基調講演やパネルセッションなどで充実していた．

IEEE Communications Society が主催の国際会議の中でも，無線通信分野に特化したものとしては最大規模である

このような膨大な数の論文をピア・レビューし，各トラッ
クでオーガナイズするのは大変な作業であったであろうと

WCNC（IEEE Wireless Communications and Networking

想像できる．しかし，投稿数が実行委員の予想を大きく超

Conference）が 2007 年 3 月 11 日から 15 日にかけて，香港

えたからか，二つの向かい合うホテルでの開催となり，トの Sheraton 及び Peninsula の両ホテルにて開催された．今回，本国際会議に参加された 4 名の専門家に，各専門分野を中心に御報告頂く．

ラックによって会場が分離されていたため，両分野の専門家が互いにセッションを聞き，交流することが難しかった
ことは少し残念であった．また類似のセッションが多いため，似たテーマのセッションがパラレルで進められるケー

会議概況
テクニカルセッションは Phy/MAC トラック，Network
トラック及び Service and Applications トラックの 3 トラックに分かれてプログラムが編成され，計 15 のセッションがパラレルに進行された．ファイナルプログラムによれば，論文の投稿数は Phy/MAC トラックが 955 件，Network ト
ラックが 568 件，Service and Applications トラックが 198件であり，それぞれ 459 件，269 件，85 件がプログラムに掲載されている．掲載ベースでは，採択率はいずれのトラッ
クも 50％弱であった．採択論文を国別で見ると，米国 20.2％，
中国 14.2％，カナダ 9.2％，台湾 8.6％，日本 6.6％，韓国
6.1％，香港 4.6％，シンガポール 4.3％，イギリス 4.0％，ドスが何件か見られたこともあった（最も顕著な例としては，“MIMO” と “MIMO-OFDM” のテクニカルセッションに加え，更に “Practical MIMO” と題したパネルの三つが同時進行となっていた点などが挙げられる）．
なお，本国際会議のセッションプログラムがウェブ上で公開されたのが開催の直前であったため，執筆依頼を直前
もしくは会場で直接お願いすることになってしまったが，そのような状況でも快くお引き受け頂いた執筆者の方々に感謝する．次回の WCNC 2008 は，3 月 30 日〜 4 月 3 日に米国ラスベガスで，世界規模のワイヤレス展示会である
CTIA WIRELESS 2008 と同時開催される．

イツ 3.6％，その他 18.6％となっており，開催地区であるア

図1

26

レジストレーション及びオープニングの様子

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

国際会議報告

適化を検討した研究が増えつつある．しかし，海外の研究機

PHY/MAC セッションの研究動向（株）
東芝 研究開発センター

田邉康彦

関からの発表と国内の研究機関からの発表では特徴が大きく異なっているように感じる．海外の研究機関の発表では今回の WCNC も含めてパラメータを制限しつつも最適解を解析的に求めようとしたり，理論特性を解析的に求めているものが多く見られるのに対し，国内の発表では計算機シミュレー
ションでの評価だけにとどまり，考察や解析が希薄なものが近年，符号化や適応変調，MIMO（Multiple Input Multiple

多いように感じる．計算機能力の向上によりこれまで解析がOutput）伝送といった 1 対 1 の通信で周波数利用効率を高め困難だった問題を数値シミュレーションで解くことができるる方式だけでなく，OFDMA（Orthogonal Frequency Division

ようになったのは喜ばしいことだが，一方で，考察力や解析

Multiple Access）やマルチユーザ MIMO など，複数のユーザ力が低下してしまっていることが危惧される．システムがよを周波数領域や空間領域で多重化することによって周波数利

りいっそう複雑になっていく中で独創的な発明を行ったり技用効率を高める方式が盛んに研究されている．更に，Ad-Hoc

術を深耕していくためには，我々も解析力をよりいっそう高通信や Mesh Network，Multi-Hop 通信などを組み合わせてめ，論理的に考察する能力を磨いていく必要があると感じた．

端末の効率や通信路容量を拡大する方式も検討されており，物理層と MAC 層を階層ごとに最適化するのではなく，同時に最適化することによって相乗効果も期待できる．しかし，このような最適化ではユーザの時間・周波数・空間の割当や送信電力，空間多重数，変調方式，経路選択など様々なパラ

Resource Allocation and Management
関連セッションの動向

メータを最適化する必要があり，最適化問題は非常に複雑な（株）KDDI 研究所

問題になってしまう．しかも，最適化が必要なパラメータは王

暁秋

システムごとに異なり，各パラメータの許容値や拘束条件もシステムに依存するため，これらの最適化問題の解法は一意

Resource allocation and management 分野は 3 セッションに定まらないことが多い．このような背景もあり，階層をまに分けられ，計 13 件の研究結果が発表された．そのうち，たいだ最適化はこれまでに十分な検討がなされているとはい大学単独の研究成果が 10 件，大学と企業の共同研究成果がえない状態であった．

2 件，企業単独の研究成果が 1 件であった．

一方，近年の研究動向の潮流を受けて，これらの最適化に

筆者は，End-to-End 間の片方向遅延時間が 10 ミリ秒の低取り組んだ研究が増加しており，今回の WCNC2007 でも数

遅延モバイルネットワークの実現に研究を進めていることか

多くの発表が行われた．テーマとして “Cross Layer Design”

ら，「Minimal Waiting Time Assignment of Subcarriers andと直接名づけられたセッションは 3 セッション設けられただ

Power for OFDMA system」と題した発表を興味深く聴講しけだったが，“Ad-HocNetworks” や “Scheduling”，“Resource

た．本発表では，各ユーザの伝送データに個別のキューが用

Allocation and Management” といった従来は MAC 層の技術

意され，キューでの待ち時間が最小となるように OFDMAであったセッションで物理層のパラメータの最適化が発表さのサブキャリヤを割り当てる手法が提案された．提案手法でれていたり，“MIMO” のセッションでリソース割当やスケは，まず物理層のパラメータを考慮せず，各ユーザのキュー

ジューリングなど MAC 層に深く関連する発表がなされてお長（伝送するデータ量）に従って利用可能なサブキャリヤ数をり，様々なセッションで二つの階層にまたがった最適化に取

ユーザごとに決める．次に，帯域利用効率の最適化を図るた

り組んだ内容が発表されていた．また，MAC 層と物理層でめに，キューでの待合せ時間順に各ユーザにチャネルゲイン

協調することが必須な “Cooperative Networks” のセッションの大きいサブキャリヤを割り当てる．その後，総送信パワー

が 4 セッション設けられており，二つの階層にまたがる方式

を一定とする制限のもとにビットとパワーの配分を行い，検討が研究の主流になりつつある．発表内容としては，本来キューでの待ち時間とパワーの配分に基づきサブキャリヤ割

最適化すべきパラメータを一定値に拘束したり，特定のパラ

当の微調整を行う．同発表では，バーストトラヒックが加わメータ（例えば空間多重するユーザの割当）を全探索したり，る環境において，上記リソース割当手法の性能を計算機シ

各パラメータを量子化することによって探索領域を削減する

ミュレーションにより評価し，IEEE802.16 の fixed-アサイン

よ う な 単 純 な 方 式 か ら，Lagrange の 二 重 拘 束 法 や cutting

メント手法と比べて，パケット当り平均遅延で最大 50％のplane 法，gradient projection 法などを駆使して準最適解を解削減，帯域利用率 0.5 bit/s/Hz の改善が図られると報告され析的に求める手法など様々な方式が発表されていた．このよ

た．ただし，低遅延を要求するリアルタイムアプリケーショ

うに，当該分野では今後も様々な学会で様々な方式が試行錯

ンに対するパケット当りの最大遅延については触れていな

誤され，数多くの発表なされていくものと思われる．

かった．

国内の学会においても同様に，二つの階層にまたがった最国際会議報告静的なリソース管理に比べて，近年，帯域利用効率を向上

27

させることとともに，アプリケーションが要求する各種ではないかと感じるものがあった．恐らく解析部分について

QoS（Quality of Service）を満たすべく，動的なリソース管は研究者が最も苦労したところではあると想像はつくが，限理に関する研究が活発に行われている．特に，Orthogonal

られた時間内に詳細なところばかりを説明すると本質を見失Frequency Division Multiple［OFDM］や Orthogonal

う危険性がある．プレゼンテーションの難しいところである

Frequency Division Multiple Access［OFDMA］システムにと感じた．

お け る リ ソ ー ス 管 理 に 関 す る 研 究 が 大 半 を 占 め て い る．

筆者が個人的に興味深いと感じたのは［1］である．これは，Resource allocation and management 分 野 の セ ッ シ ョ ン 内

海洋測定などを目的とした海中でのセンサネットワーク

で，全 13 件の研究発表の中で OFDM や OFDMA に関連す

（Underwater Sensor Network）に関するものである．通常，

る研究発表は 8 件であった．更に，空間と周波数のダイバー

海中に固定的に配置されたセンサ自身が測定データを発信す

シ チ 効 果 が 得 ら れ る Multi-Input Multi-Output［MIMO］−

ることによって，データ収集を行うが，この論文では，低消OFDMA システムにおける動的なリソース管理が注目され費電力を実現するため DTN（Delay Tolerant Network）のており，3 件の発表があった．また，Multi-cell 環境下のリ手法を用いている．つまり，固定的に配置されたセンサとは

ソース管理に関する研究発表が 2 件，HSUPA（High-speed

別に，データ収集用のノードを海中に自由に浮遊させておき，

Uplink Packet Access），direct-sequence code-division

センサは近づいたノードにデータを渡すことによりデータ収

multiple-access［DS-CDMA］と有限状態 Markov チャネル

集を行う．この文献が発表されたセッションの聴講者は少なの理論解析に関連する研究発表はそれぞれ 1 件であった．

かったが，DTN の一つのアプリケーションとして興味深い

ア プ リ ケ ー シ ョ ン が 要 求 す る 各 種 QoS（Quality of

内容であると感じた．

Service）を満足するため，複数レイヤにわたる Resource

今回の WCNC は，残念ながら発表者が会場に存在せずに

allocation and management の機構や最適化に関する研究はキャンセルとなった発表が多いように感じた．偶然ではある

ますます活発になっていくと考えられる．

が，筆者が聴講したセッションのいくつかに No-show が見られ，あるセッションでは 5 件の発表のうち 1 件しか発表がなく，別のセッションでは発表者がいないばかりか座長まで

無線ネットワーキングの動向
大阪大学

松田崇弘

いない場合もあった．
文

献［1］ E. Magistretti, J. Kong, U. Lee, M. Gerla, P.
Bellavista, and A. Corradi, “A mobile delay-tolerant
appoach to long-term energy-efficient underwater
sensor networking,” T2S16P03.

WCNC では無線分野における研究を Phy/MAC，Service
and Applications，Networking の三つのトラックに分類してセッションが組まれている．物理層，MAC 層に関する研究発表では，特に MIMO，OFDM，コグニティブ無線に関する研究発表が非常に多くあり，充実した議論がなされていた．実際 MIMO に関しては八つのセッションが組まれるな

クラインロック先生のキーノート
スピーチ：Realizing the WirelessInternet

ど非常に盛況であった．また，ネットワーキングでは，セン神戸大学

サネットワーク，アドホックネットワーク等のマルチホップ太田

能

無線ネットワークに関する研究が，トラックにかかわらず多く見られた．Mobile IP など有線網をまたいだネットワーキ

WCNC の会場を歩いていると阪大の松田崇弘先生と目があングに関する研究については，Vertical Handover などセルい，手招きされた．その場で，落合先生を紹介され，その落

ラ /WLAN の統合網に関する研究が比較的多く見られた．

合先生からマガジンでの国際会議報告の原稿を依頼されたの

筆者は自身の研究に関連する発表を除いては，特に分野をが，本稿を書くに至ったきっかけである．

絞って聴講するということはせず，論文タイトルを見て興味

国際会議報告では，通常，いくつかのセッションについて深いものを聞くようにした．筆者の研究とも関連する研究で調査して，研究動向を報告するのが通常のスタイルである．

あるが，IEEE802.11 などの MAC プロトコルの性能解析を

しかし，その日の朝に聞いたクラインロック先生のキーノー

マルコフ連鎖モデルを用いて行っている研究がいくつかあっ

トスピーチの印象が強く，その場で落合先生から「多少くだけた．難しいことではあると思うが，これらを同一のセッショた内容でもよい」との許可も得たので，通常のスタイルとは異ンに固めれば面白い議論ができたかもしれない．また，これなるのを承知の上で，あえてこの内容を報告することにしたらの発表の中で，マルコフ連鎖を用いた解析方法について熱い．

心に説明するあまり，逆に論文の内容が理解されていないの

28

クラインロック先生は待ち行列理論を駆使して情報通信分

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

国際会議報告

第 1 に，重要な問題を解いているか，100 年間は記憶に残るような仕事をしているか，ということを問われた．第 2 に，現実世界をモデル化して解析的に解く場合に入る近似について注意された．その近似によって意味のないモデルを解くことになっていないかどうか，ということを述べられた．第 3 に，思慮の足りないシミュレーションを戒められた．シミュレー
ションでただ結果を得るだけでなく，グラフのもつ傾きなどがもつ意味をよく検討するように，とおっしゃった．第 4 に，得られた結果をもう一歩踏み込んで考察するようにおっしゃった．M/M/1 待ち行列で，パワー（＝スループット / シ
ステム遅延）が最大になるのは系内平均客数が 1 の場合である．そこにとどまらずに，その結果はなぜ妥当なのかまで一
図2

クラインロック先生のスピーチの様子

歩踏み込んで考察するよう，とのことであった．最後に，更に面白さを追求すること，を求められた．例えば，先のパワーが最大となるのは系内客数が 1 の場合であるということが，野に大きな業績を残されている．学部 4 年生のとき，クライ

M/G/1 待ち行列でも成立するなど，ある結果一般化してみれ

ンロック 先生の書かれた “Queueing Systems” の訳本 “ 待ち行

ば，もっと面白い結果が得ることを説明された．

列システム理論 ” を勉強したのはかれこれ 18 年前も前の話で講演中は笑いが何度も起こり，内容が多かったにもかかわあり，クラインロック先生は自分にとっては半ば歴史上のヒーらず，あっというまに講演が終了したように感じられた．黄ローである．その先生を前にして，携帯電話のカメラで必死

金則は，自分にはもとより，横で聞いていた学生にとってもに写真を撮った．後で，知り合いの先生に，「前の方でだれが示唆に富んだものであった．この報告で講演の雰囲気が少し

携帯で写真を撮っているのかと思ったら，太田先生でしたね」

でも読者
（会員）
に伝われば幸いである．

と声をかけられ，赤面する思いをした．

（平成 19 年 4 月 18 日受付）

クラインロック先生は待ち行列理論に秀でておられるだけでなく，初期のインターネットのノードを管理されていた実学の人でもある．インターネットが ARPANET に端を発しているのはよく知られた話であるが，クラインロック先生の研究室は ARPANET の最初のノードとして選ばれている．
講演では，1969 年，初めて ARPANET を介して送られたメッセージは “LO” であったことなどが，当時の状況を交えて面白く紹介された（“LOGIN” というメッセージを送るはずが，途中でノードがクラッシュして，“LO” になったそうだ）．
マルチホップ無線ネットワークのアイデアは 1970 年代に
ARPA のパケット無線ネットワークとして始まっており，
1975 年には，クラインロック 先生により，遅延と通信半径（1ホップの半径）の関係から最適な通信半径に関する理論的考察がなされている．まさに古典に学べ，を実感した．
クラインロック先生は，今後の展望として，ノマディック
コンピューティング，組込み技術，ユビキタスコンピューティ
ングを経て，あらゆる機能が一つの端末に集約され，その後，
ソフトウェアエージェントが重要になるだろうとの予測を示された．
最後に，研究に対する五つの黄金則についてお話された．
1．Conduct the 100-year test.
2．Don’t fall in love with your model.
3．Beware of mindless simulation.
4．Understand your own results.
5．Look for “Gee，that’s funny!”

国際会議報告29

解説論文

ネットワークロボット知能化技術
Intelligent Technology Based on Network Robot System

萩田紀博

†

徳田英幸

††

Norihiro Hagita†and Hideyuki Tokuda††

Summary

待をもつことができた．それと同時に従来からある産業用ロボットの規模に匹敵するほどの新市場になるためには，ロボットに対する消費者の期待と技術レベルとの差

ネットワークロボットは，ユビキタスネットワーク技術とロボット技術が融合することで，ロボット単体の知能を高度化しようとする考え方である．従来のロボットの定義を拡張して，ネットワークロボットをビジブル型，バーチャ
ル型，アンコンシャス型の 3 タイプからなるロボットと定義する．異なるタイプのロボットが互いにネットワークををどのように埋められるかが大きな課題になっている．
その技術課題は大まかに 2 種類に分けることができる．
一つはメカとしての技術で，物を運んでくれる移動ロ
ボット，人の力を増幅するパワードスーツ［1］などの技術開発である．もう一つは人と接するヒューマンインタ

介して連携・協調することによって，単体ロボットに比べフェースの観点から見たロボットの知能化技術である．

て，サイバー空間や周囲環境情報を利用した高度な対話行

すなわち，周囲環境を認識して困っている人に情報を提動（音声とジェスチャ）を実現する．本論文では，
ネットワー

供することや人々の嗜好に合わせてコミュニケーション

クロボットに関する技術的課題，総務省のネットワークロ
ボットに関する研究開発プロジェクトの進 捗 状況，ユビキ
タスネットワークなどの異種ネットワーク環境との相互接続に関する実証実験，国内外の動向などについて解説する．

できる高度な対話行動（音声対話とジェスチャ）を実現するための技術である．ここで「知能」というのは，人がロ
ボットの振舞いを見たときに「知的である」と感じるような原理やアルゴルズムがロボットに盛り込まれていると

Key words

いう意味である．人へのサービスという視点から見れば，

ネットワークロボット，ユビキタスネットワーク技術，ロで動く場合でも，そのロボットを人が「知的である」と感

ボット間協調言語，ヒューマンロボットインタラクション

じればよいということになる．

ロボットが自律で動く場合やオペレータによる遠隔操作

知能化技術は着実に進んではいるものの，価格や性能に対するユーザの期待と技術レベルのギャップはまだ大1．ま え が き

きく，いかにしてこのギャップを埋めるかがロボットの大きな課題になっている．解決策の一つとして異種ロロボットに対する我々のイメージは世代，適用領域，

ボットをネットワークで連携・協調することで単体では

国，技術，機能などによってかなり異なっている．中高

実現できなかった知能を実現する方法が考えられる．こ年世代にとっては，鉄腕アトムや鉄人 28 号に代表されの考え方はコンピュータがスタンドアロン（単体）からる古き良きアニメ漫画の中にでてくるロボットのイメー

ネットワーク化したことで，単体ではできなかった現在ジが強い．2005 年の愛知万博で様々なロボットが展示のインターネットが実現し，数え切れないくらいの新産され子供たちから高齢者まで次世代ロボットに大きな期業を生んだという事例に似ているかもしれない．

†ATR 知能ロボティクス研究所，京都府
ATR Intelligent Robotics and Communication Laboratories, Kyoto-fu,
619-0288 Japan†† 慶應義塾大学，藤沢市
Keio University, Fujisawa-shi, 252-8520 Japan

30

我々に提供するサービスという視点でロボットがコン
ピュータや携帯電話と最も違う点は，センサだけでなく，アクチュエータをもつことである．人型ロボットであれ
ば，人と同じような動作，スキンシップによる対話行動，

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文( b ) 抱っこして( a ) アイコンタクト

図1

ロボットはマニュアルのいらない究極のヒューマンインタフェース

物を運ぶなどの機能を実現できる．アイコンタクトとス

ディスプレイ，PDA のエージェントでいいのではない

キンシップによるコミュニケーション（「抱っこして」）はかという意見も多い．しかしながら，もう少し先の未来

他のコミュニケーションメディアでは表せない表現方法

までの技術の進展を考えると，だれでもすぐに使えるとであり，存在感を強く表現できる（図 1）．人間に酷似しいう究極のヒューマンインタフェースや身体機能を増幅たアンドロイドでは更にその印象が強い．アイコンタク

してくれる，身体性をもつ人型ロボットもますます重要

トの場合はロボットに長い時間見つめられると我々もそになってくると予想される．学術的にも，人型ロボット

ばにもう一人いるような存在感を感じる．抱っこの場合がどんな点で他メディアや単一機能のロボットよりも優には人はロボットのどこが腕や体かを容易に対応づける

れているのかを明らかにする研究が最近になって活発にことができるため，マニュアルなしでだれもがロボットなってきている［3］〜［6］．

に抱っこすることができる．ヒューマンインタフェース

2.2 ネットワークロボットの 3 タイプという視点から見て，人型ロボットの場合は携帯電話の総務省のネットワークロボットに関する調査研究会でようなボタン操作が不要で，かつマニュアルなしで人とは，将来を見越して，多様化するロボットを（1）ビジブ

コミュニケーションできる「究極のヒューマンインタ

ル型，（2）
バーチャル型，（3）アンコンシャス型の 3 種類にフェース」といえる．超高齢化社会を迎える我が国にとっ分類して，ロボットの概念を拡張した［2］．

て，この機能は，いずれ生活に不可欠なインフラストラ

図 2 に示すように，ビジブル（実在）型は目に見えるロ

クチャ（情報基盤）になるだろう．こうした事情を反映

ボットで，人型（ヒューマノイド），ペット，ぬいぐるみ，して，2002 年 12 月から総務省主催でネットワークロ

アンドロイドなど，目，首，腕，脚など一体性のある体ボットに関する調査研究会が開催され，ネットワークロをもつ．対話行動を通じて直接人に話しかける点が携帯ボットの市場，実現すべき機能，そのための技術課題，

電話や PC の働きかけと大きく異なる．自律または遠隔

将来イメージなどが検討された［2］．その後，2004 年か操作などで行動するパートナーロボットや情報提供，案らこの基盤技術を確立するために総務省でネットワーク

内・誘導を行うサービスロボットなどがこれに相当する．

ロボット研究プロジェクトがスタートした．本論文では，

バーチャル型はネットワーク上のサイバー空間で活動す我が国が目指すネットワークロボットの概念とそのメるロボットで，携帯電話，パソコン，ディスプレイ上のリット，具体的技術課題，研究プロジェクトの進捗状況，

キャラクタエージェントなどがこれに相当する．エー

国内外の活動状況，特に海外のネットワークロボットとジェントは携帯端末・電話や情報家電のシンボルとしての定義の差異などについて解説する．

登場し，操作命令を受け付ける．アンコンシャス型は，
道路，街，室内，機器などの環境に埋め込まれた体が見2．我が国が目指すネットワークロボットとはえないロボットをいう．カメラやセンサ群，衣服や装身具に埋め込まれたウェアラブルセンサなどと CPU が一

2.1 ロボットの必要性体化したロボットで，さりげなく人を見守り，必要に応単体のロボットを自分のパートナーとして，家庭や街じて支援する．ロボティックルームなどもこれに相当す

や通勤，通学に持っていくことをイメージしてみると，
現状の人型ロボットは，人間より早く安全に歩くことや，
電車やバスに乗せることが難しく，値段も高い．

る．
この 3 タイプが協調・連携することによって，単体のロボットではできない多様で高度なサービスを提供する

人型でなくても，情報を提供するだけならば，より安ことをねらっている．ロボットや人の周りの情報（ロボッ

価で利便性の高い PC や携帯電話，カーナビの音声やトが 1 階にいた場合の 2 階の情報もこれにあたる）をア

解説論文：ネットワークロボット知能化技術

31

アンコンシャス型
ロボット

ユビキタス
ネットワーク

ビジブル型
ロボット
バーチャル型ロボット

図2

ネットワークロボットの 3 タイプ

表1

ネットワークロボットの技術課題

技術課題

詳細な技術課題

1．ネットワークシステム技術

・ネットワークロボット共通システム技術（ロボット相互間連携技術等含む）
・自律協調ネットワーク技術（異種ネットワーク共通利用技術等含む）
・リアルタイム制御技術（遠隔制御技術等含む）

2．ロボットプラットフォーム技術

・ロボットサービス管理技術（ロボット台帳技術，機能管理，知能化制御等含む）
・自律的行動蓄積技術（行動学習・検索等含む）
・高度ロボットコンテンツ流通技術（モーションメディアコンテンツ流通技術等含む）
・高機能データマイニング技術（情報要約，メタ情報の記述体系等含む）
・高度知的エージェント技術（P2P を利用した知識流通プロトコル等含む）

3．アンコンシャスセンシング技術

・高度センシングシステム技術（環境状況理解・識別技術，ロバストネス向上等含む）
・位置特定技術（位置情報に基づく環境状況記述方法等含む）
・行動認識技術（状況記述フォーマット等含む）

4．ロボットコミュニケーション技術

・インタラクティブコミュニケーション技術（マルチモーダルデータの表現言語仕様等含む）
・高度対話技術（インタラクティブビヘービア記述方式等含む）
・多言語翻訳技術（対話向け知識表現言語等含む）
・ナビゲーション高度化技術（ナビケーション用基本行動辞書等含む）
・体感型インタフェース技術（存在感対話技術，アバタコミュニケーション技術等含む）

5．ロボットセキュリティ認証技術

・高度認証技術（個人認証，権限認証，高度エージェント認証技術等含む）
・伝送情報保護技術（分散型符号化変換技術等含む）
・高度情報セキュリティ技術（ロボット連携プロトコル等含む）
・ロボットソフトウェア転送技術
・耐タンパ技術（ネットワークロボット用セキュリティポリシー等含む）

6．メカトロニクス安全性確保技術

・安全メカニズム技術（衝突回避技術，衝突時安全保障技術及びその評価技術等含む）
・安全性制御技術（人と物理的インタラクションを行う際の安全性を考慮した制御技術等含む）
・フォールトトレラント技術（復帰アルゴリズム等含む）
・高機能エネルギー供給技術（高効率燃料電池等含む）
・自律的動作制御技術（脚腕協調運動制御技術，自律的身体表現制御技術等含む）
・アクチュエーションシステム高度化技術（機構超小型化技術等含む）

ンコンシャス型ロボットが観測して，ビジブル型ロボッ

クプラットフォームが必要になる．この意味で，ネット

トに情報を提供する場合やバーチャル型ロボットが天気

ワークロボット技術はユビキタスネットワーク技術やセ予報の情報をインターネットから検索して，ビジブル型

ンサネットワーク技術とも関係が深い．これらの異種ロボットに伝え，ビジブル型ロボットが人にその情報をネットワークにも相互接続できる仕組みを作ることで適提供する，などのネットワークロボットサービスが実現

用範囲が拡大できる．

可能になる．これら 3 タイプのロボットが協調・連携す

2.3 六つの技術課題

るためには，これらのロボットがネットワークに簡単に

これら 3 タイプのロボットをネットワークに，いつでつながる，いわゆる「ロボットのプラグアンドプレイ」がも，どこでもつなげるようにする課題，すなわち，ネッ

できる仕組みとこれらのリソースを管理するネットワー

トワークロボットのプラグアンドプレイを実現し，高度32

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

「ロボットプラットフォーム技術」も必要になる．送受信

トワークロボットに関する調査研究会では，表 1 に示すを安心，安全に配信するための「ロボットセキュリティ

ように六つの技術課題に分類した［2］．表 1 は各技術課

認証技術」も必要である．これらが処理 2 の技術である．

題について更に詳細な技術に分類した．

第 3 の処理では，処理 1 の情報をもとに，ネットワー

ネットワークロボットが人に情報を提供する場合を例

クを介して決定されるロボットサービスをロボットコンにして，これらの技術課題と処理の関係を述べる．図 3

テンツの形で，ビジブル型やバーチャル型ロボットが受の処理 1 では，人々の行動や周囲の環境状況を観測する

け取り，ユーザに必要な情報を的確な形式で提供するたために，「行動と状況を認識・理解する」処理が必要であめの「ロボットコミュニケーション技術」が必要になる．

る．この技術をアンコンシャスセンシング技術と呼ぶ．

ロボットが分かりやすい言葉やジェスチャで回答するこ

次に，認識した情報をネットワークに上げて，他のロとや異なるロボットで連携して人を案内，誘導することボットに送信するためには，異種ロボット間でネットなどを実行する．もし，提供した情報がユーザのほしい

ワークを介した通信を可能にする技術として，「ネット情報ではなかった場合は再度，処理 1 や処理 2 を繰り返

ワークシステム技術」が必要である．通信される内容（ロし行うことになる．ビジブル型ロボットについては，物

ボットコンテンツ）をネットワーク上で流通するための理的に人や物に当たって危害を加えないようにするため

ビジブル型「メカトロニクス安全性確保技術」も必要になる．この技に，ロボットのハードウェアの安全性を確保するための術については，経済産業省を中心として，NEDO による愛知万博における安全性確保の対策，ロボット政策研
処理1
行動・状況を認識・理解

処理2
ネットワークで安全に配信

・ネットワークシステム技術
・ロボットセキュリティ認証技術
・ロボットプラットフォーム技術究会などを通じて検討が進められている．現在は，ロボットビジネス推進協議会（事務局：（社）日本ロボット工業会）が設立され，安全対策検討部会または保険部会でユーザの利用促進策，安全対策などを検討することになっている［7］．
バーチ
ャル
型

ャス型
ンシ
コ
ン
ア

・アンコンシャス
センシング技術

処理3
対話・行動で情報を知らせる・ロボットコミュニケーション技術・メカトロニクス
安全性確保技術

3．我が国のネットワークロボットプロジェクト
総務省のネットワークロボット技術に関する研究開発
プロジェクトは 2004 年度から 5 年間の計画で，ATR，
NTT，東芝，三菱重工業，松下電器産業の 5 社が連携

図3

処理の流れから見たネットワークロボットの技術課題

ネットワーク側

して取り組んでいる．その目的は，ロボット単体に比べアンコンシャス型
ロボット

コア技術 2ロボット
Plug & Play

ロボット側
コア技術 1高度対話

研究課題
・3 タイプ（型）が協調・連携（遠隔操作含む）
・NW につながりコンテン
ツを安心安全に送受信

ユビキタス
ネットワーク技術

研究課題
・行動・状況認識
・状況を踏まえた
高度対話

バーチャル型
ロボット

ビジブル型
ロボット

異種ネットワークとの連携

図4

解説論文：ネットワークロボット知能化技術

ネットワークロボット研究プロジェクト
（総務省）

33

解説論文

な対話行動を実現するための課題として，総務省のネッ

て，実世界認識や対話機能の大幅な水準向上を図るネッ

ンを図 5 に示すように，2 段階で認識するアルゴリズム

トワークロボット技術の基盤技術を確立することにあを提案した．まず，基本状態認識部では，状況・行動認る．

識のために，5 種類の基本状態（特徴）を抽出する．それこれまでに，二つの基盤技術が確立しつつある（図 4）．

らは（1）人の位置，（2）人の移動経路，（3）姿勢（立ってい一つは，図 3 の処理 1 及び処理 3 を組み合わせた技術で，る，座っている）（4），
手の位置・動かし方，（5）顔の方向・

人々の行動や環境状況を認識して，ロボットが状況に応動かし方の 5 種類である．魚眼カメラは基本状態（1）かじた対話行動（音声対話とジェスチャ）を行う「高度対話ら基本状態（3）を抽出し，wakamaru 自身は基本状態（1）

技術」である．もう一つは図 3 の処理 2 に相当する 3 タ

及び基本状態（3）〜（5）を抽出する．次に行動認識部では，イプのロボットがネットワークにつながる技術，すなわ

複数の基本状態を組み合わせて，「うろうろ歩き回っていち「ロボットプラグアンドプレイ（Robot PnP）技術」である」「座っている」「ロボットに手招きをしている」
「飲食禁

る．

止の場所で何か食べている」などの 50 種類の行動パター

これらの基盤技術の成果とユビキタスネットワーク技

ンを認識する．図 5 は人に装着した RFID や動きセンサ術の研究プロジェクト（総務省）で開発したユビキタスデなどを考慮していないが，これらのセンサ情報が加われバイスとの接続実験について紹介する．

ば，基本状態が更に正確に抽出可能になる．

3.1 状況に依存した高度対話技術

これまでに，オフィスのエントランス，一般家庭，大この基盤技術では，図 3 の処理 1（行動・状況認識）

阪市立科学館などで実証実験を行った．認識精度は環境と処理 3（ロボットコミュニケーション）とが協調・連の条件，集団の人数などによって変化する．オフィスエ

携する実験を行った．まず，図 3 の処理 1 に対応した行

ントランスの場合の「歩いている」「立っている」「座って動・状況認識では，図 5 に示すようなカメラベース行動

いる」についての魚眼カメラ 4 台を用いた場合の姿勢認

認識方式を開発した．カメラベースで人物の位置・姿勢・識率は 70％以上であった［8］．また，家庭内でアンコン

動き情報に基づく方法では，複数カメラを用いたアンコ

シャス型カメラで人の大まかな位置を見つけた後に，ンシャス型ロボットの多視点画像とビジブル型ロボット

wakamaru 自身に搭載されたカメラを使って，人正面か「wakamaru」が連携することによって，人物の位置や行

ら斜め 60 度以内の位置に移動すれば，「食べている」「飲動パターンを推定する方法を提案した［8］．カメラベー

んでいる」「読んでいる」「書いている」などの日常行動パスであるが，将来，人，ロボット，環境などへの装着がターンを 80％以上の精度で認識できている［9］．「書い可能になることも想定して，距離センサ，RFID（Radioている」という行動については，人の正面に立つよりもFrequency Identification）タグ，動きセンサなども併用

むしろ斜め 30 度や 60 度から人を眺めた方が認識率が高した実験を行っている．

くなる．これに，人に装着した RFID タグや加速度セン

センサから得られた人の位置情報の時系列データかサなどを加えれば，人の姿勢や手などの動作を推定する

ら，歩いている，立ち止まる等，50 種類の動作パター

精度が向上する．

ロボットプラットフォーム
サービス 1

サービス 2

アンコンシャス型ロボット
魚眼カメラ

基本状況認識部

接続
ユニット
行動認識部

人の位置

RFID
動き
センサ
はなし

人の移動経路
人の姿勢

ロボット
位置・姿勢

手位置・動き時 刻

顔方向・動き

行動認識

画 像

ビジブル型
ロボット

図5

34

カメラベース行動認識方式

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文（ a ）「みんな少し離れてね」（ d ） 皆がまだ見ていない展示ブースに
集団を誘導

図6

（ b ） 皆がロボビーから一斉に離れる（ c ）「みんな遊ぼうよ（糸をまきまき）」ロボットによる集団誘導・案内実験風景（大阪市立科学館）

画像を用いないで行動・状況認識を行い，高度対話をタグのデータをもとにして計測した．

実現する実験も行った．図 6 には，実際の大阪市立科学RFID から得られる距離の精度が一般に悪いため，館での集団誘導実験例を紹介する．ロボットに集まってcondensation アルゴリズムによる組合せ手法［4］を開発きた子供たちはあらかじめ RFID タグを名札として携帯し，平均誤差 2.8 m の精度で人同士間距離を測定した結しているため，集団がまだ見学していない展示ブースな果を図 7（a）に示す．この実験ではロボットに近づく人

どをロボットはネットワークによって情報共有できてい同士の距離を測定することで友人関係や人同士の関係をる．はじめに，皆がロボットに近寄りすぎているため，推定することに着目した実験であり，他のコミュニケー

対人距離を保つために，図 6（a）
で「みんな，少し離れて」

ションメディアにない新しい周囲環境理解の実験であとお願いする．図 6（b）では皆がそのお願いにこたえてる．図 7（b）には，グループ別に色分け表示した実験会

少し離れてくれた様子を示す．次に，見学場所に連れて場の個人位置分布を示す．4 台のロボットと 20 台の無行く場合に，図 6（c）のように集団で遊びをすることで，線タグ読取り機，ロボットのナビゲーションのための赤皆を引きつけておき，図 6（d）で見学場所に誘導する．

外線カメラを設置した．延べ 91,107 人が科学館を訪れ，誘導中も子供たちが興味をもつように対話行動を繰り返

その中で 11,927 人が受付にて名前を登録して，無線タ

す．見学場所では RFID タグなどを利用して，その場にグを着用し，ロボットとの対話を行った．

長く滞在している人には，例えば「山田さん，振り子の実験の結果，来場したグループのメンバが瞬間的には原理はどうでしたか」という感想を聞く．見学していな

離れることがあっても，図 7（a）に示すように長時間のい人を見つけたら，「山田さん，何で触ってみないの．面

レンジで見れば互いに近傍にいることが見出された．人白いよ」などと状況に応じた対話が実現可能になった．

の距離情報が無線タグにより観測可能であること，距離ビジブル型ロボットは人に語りかける対話行動で，集団によってグループか非グループかが推定可能である．人を一度に誘導，案内できる点で他のコミュニケーション

ロボットコミュニケーションにおいては，ロボットの対メディアにないメリットがあることが分かってきた．

人距離が重要になる．人に必要以上に近づきすぎると人この実験では，人の行動認識として，ビジブル型ロボッ

は不自然さを感じてしまう．この意味で話す人を特定し，トに集まる人同士の社会的関係を推定する実験も行っその人とロボットとの対人距離を保ちつつロボットは対た．参加者に入館時，無線タグを携帯してもらい，同じ話行動をとる必要がある．距離センサを使った人ロボッ

グループ（例えば家族，友達など）のメンバであることをト距離測定の実験では，大人と子供で対人距離に違いが登録してもらう．移動するビジブル型ロボット「Robovie

あることが分かっている［10］．

（ロボビー）」の周りに集まる個人個人の位置情報を無線

解説論文：ネットワークロボット知能化技術

35

人・ロボット間距離でなく人同士間距離を測定する
0.16

ロボットとのインタラクション

0.14

Group

0.12

人A

人C

ゆう度

0.1

人B

0.08
0.06
0.04

0

42 m

Non-Group

0.02
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45 50（m）

人同士間の距離（平均）84 m( b ) 大阪市立科学館（楕円中空展示場）内の各人の大まかな位置分
布（丸い小点が個人に対応．同一グループは同一色で表示）( a ) ロボットに集まる人々の人同士間距離分布

図7

人同士の距離を使って社会関係を推定する実験（延べ 11,927 名タグ登録者）

認証データベース

アプリケー
ション群

履歴 DB

情報
アップロード

FDML

FDML
共通部分
実装依存

接続
ユニット

利用者の
認証

FDML
共通部分
実装依存

FDML

接続
ユニット

利用者
アンコンシャス型

図8

FDML

優先制御
（緊急停止など）

エリア管理ゲートウェイ

接続ユニットロボット サービス 利用者
DB
DB
DB
認証 DB

共通部分
実装依存

利用者
ビジブル型

バーチャル型

三階層によるロボットプラットフォーム

3.2 ロボットプラグアンドプレイ技術

独自フォーマットに変換する必要がある．具体的なサー行動・状況の認識・理解技術によって収集した情報はビスを決定する場合にも，その環境にいるロボットのリ「いつ（When），どこで（Where），だれ
（Who）
がまたはだ

ソース管理を行う．今すぐ使えるビジブル型ロボットをれに（不特定でもかまわない），何（What）を」といった，選んだり，空いているビジブル型ロボットがいない場合

いわゆる 4W 情報をネットワークの管理サーバに安心，には，携帯電話のエージェント（バーチャル型ロボット）

安全に送信する．各タイプのロボット内はこれらの情報に切り換えるなどの臨機応変のリソース管理が必要になが独自のフォーマットで書かれているので，ネットワー

る．遠隔サービスなどは複数のゲートエリア間で情報をク上でこれらの情報を解釈するために共通の記述言語に共有して決まるサービスに対応するためにエリア間連携

置き換える必要がある．また，いろいろなロボットからにも対応しておくことも必要である．3 タイプのロボッ集められた（上り）情報をもとに具体的なロボットサービ

トのプラグアンドプレイを実現するために，まず，ロボッ

スを決めて，各ロボットに指令を出す（下り）情報についトプラットフォームアーキテクチャの基本設計及びインタてもネットワーク上で共通の言語が必要である．各ロ

フェースの基本設計として，認証データベース，エリア

ボットを動かすために，この共通言語から各ロボットの管理 GW（ゲートウェイ），接続ユニットからなる三層36

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

インタフェースを設計している．ロボット間協調言語とのロボットや人の状態を統一データフォーマット

プロトコルに関して，ビジブル型ロボットが自らの意思

FDML（Field Data Markup Language）に変換し，上位を伝えるための協調言語の設計と，協調言語の交換に層に対して情報をアップロードする．FDML は①デー

よって実現される典型的なネゴシエーションに関してプタの時間カプセル化，②物理的チャネルと論理的チャネ

ロトコルを定義した．

ルの分離，③論理的チャネルのプロパティ定義，④シン

ロボット制御用スクリプトシステムに関しても，ロボッ

プルなタグ定義により，ロースペック機器でもパージン

ト制御用スクリプト言語を開発している．

グ処理が可能という特徴をもつ．各層間（認証データベー

3.3 異種ネットワーク環境との接続実験

スとエリア管理 GW，エリア管理 GW と接続ユニット），

ユビキタスネットワーク，センサネットワークなどの認証データベースと外部システム，及び接続ユニットと異種ネットワークとの相互接続が可能になれば，これらロボット間のインタフェース基本仕様を検討している．

の異種ネットワーク環境に新品や中古のロボットをつな

認証データベース構築のために，サービスフローの情

ぐことが可能になる．すなわち，異種ネットワークが提報を管理する認証データベースシステムの基本設計及び供している情報やサービスとロボットが連携して複合的ロボットの位置や状態などの動的な情報と，ロボットのなサービス，特にボタン操作を減らして人間同士に近い

名称や仕様などの静的情報とを一元管理する機能を検討

対話行動でサービスを提供することが可能になる．そのしている．

可能性を確かめるために，現在，総務省のユビキタス

ロボットコンテンツ生成・配信プロトコル技術では，

ネットワーク技術の研究開発を担当されているプロジェ

3 タイプのロボットをプラットフォームに接続し，ロボックト（通称 Ubila プロジェクト）で開発されたインタラク

ト情報（制御情報を含む）をネットワーク上で統一的に扱

ションメディア「u-Photo」とロボットが連携する実験をえる接続ユニットの基本機能を設計した．ビジブル型及CEATEC（2006 年 10 月，幕張）で実施した．

びアンコンシャス型ロボットを管理・制御するプラット

u-Photo は慶應義塾大学が開発し，情報家電やセンサ

フォームの開発，FDML を利用したビジブル／アンコンなどのユビキタスサービスの操作情報や状態を記録でき

シャスロボット管理機能の開発，利用者／ロボット／サーる．具体的には，写真撮影による被写体の情報取得，写ビスの連携機能の開発などを行っている．

真画像を使ったサービス利用，画像ファイルとしての情

ロボット間のネットワークシステムに関しては，ロボッ

報保存・管理によって簡単かつ効率的にユビキタスサー

ト機能検索技術及びロボット間協調言語とプロトコルを

ビスを利用できる［13］．今回の実験では，あらかじめ異検討した［12］．

なる真四角の二次元画像パターンを各ロボットの胸に装ロボット機能検索技術に関して，ロボットが外部に公着して，このパターンにあらかじめユーザ ID を登録し開する機能の記述言語（ロボットサービス記述言語），そたユーザが u-Photo で写真撮影することで，ロボットのの記述言語に対応したサービス検索エンジン及び検索の認証 ID 情報を取得すると同時にユーザとロボットのイ①ユビキタスネットワーク技術の研究開発との連携
行動認識用
カメラ・PCu-Photo
床センサ
接続ユニットRobovie

接続ユニット Wakamaru

床センサ

Ethernet
Ethernet

床センサ

ApliAlpha
ApliAlpha

図9

接続ユニット
接続ユニット②ネットワークロボット
プラットフォームエ
リア間サービス連携

Ethernet

床センサ

接続ユニット バーチャルロボット（PDP ディスプレイ）

ユビキタスネットワーク技術の研究開発プロジェクトで開発された u-Photo とネットワークロボットの協調・連携実験（CEATEC2006）

解説論文：ネットワークロボット知能化技術

37

解説論文

モデルを提案した［11］（図 8）．接続ユニットは 3 タイプ

ンタラクションの 4W 情報がネットワークロボットプ「街角見守りロボット」の社会実証実験［16］，［17］は社会

ラットフォームに送信される．その結果，プラットフォー

的なインパクトが強かった．センシング機能付き自販機，

ム上でこのロボットの空き状態をチェックして，もし空IC タグ，防犯カメラを使って，小学生の通学路通過検いていれば，このロボットが即座にユーザに「もう一度，知（校門などを子供が通過すると保護者のパソコン上のポーズするから可愛く撮って」と言い返す．もし，空い地図などに履歴が送られる）サービス，一般的な防犯（自ていなかった場合は「もうしばらくお待ち下さい」などと販機が地域の安全情報を発信），緊急時支援（子供が危険回答して待ってもらう．こうした状況に依存して対話行な状況に遭遇した場合に緊急発報できる）サービスにつ動を変更できることを 5 日間の実験を通して確認した．

いて 2006 年 2 月〜 3 月にかけて，大阪市立中央小学校

CEATEC ではもう一つの重要な実験も行った．図 9

児童 100 名，その保護者，PTA，4 連合町会，大阪府・に示すように，実験システムを四つのエリアに分割し，市などが連携して実証実験を実施した．登下校にランド

各エリアに様々なタイプのロボットを配置し，ネットセルに取り付けた IC タグを自販機上部に取り付けたア

ワークロボットプラットフォームがこれらのエリアを移

ドホック無線 LAN アンテナが検知して履歴を保護者の動するユーザの動きを情報共有する実験も行った．図 9

パソコンに送信する．

右下のバーチャル型ロボットで各ユーザがどの u-Photo

環境にセンサや情報を埋め込み，ロボット作業を支援を利用するかをバーチャル型ロボットまたは説明員の説するための環境情報構造化プラットフォームについても明で事前登録する．その後，各ユーザが各エリアを訪れ

科学技術連携施策群「次世代ロボット」において 2004 年

たことを u-Photo を撮影することでプラットフォーム側から開始して，福岡市のロボットタウン（九州大学など），に伝える．この情報が，まだ訪れていないエリアのロボッ

人計測について関西けいはんな地区（ATR と NICT），

トにも伝えることができる．ユーザがそのロボットのエ物の計測については川崎（産総研）でそれぞれ 2008 年度，

リアを訪れたときに，ロボットが「○○さん，このエリ2009 年度に順次公開されることになっている［18］．

アの説明をします」というインタラクション演出を行い，六つの技術課題についても調査を行い，最も注力して

親しみやすく説明を始めることが可能であることを確認いる技術はアンコンシャスセンシング技術の中の環境状した．

況の理解・識別などの高度センシングシステム技術や位置特定技術で，次がロボットコミュニケーション技術の4．国内外の動向

インタラクティブコミュニケーション技術であった．
ネットワークロボットフォーラム以外にも関西次世代

4.1 国内のネットワークロボット研究開発状況

ロボット推進会議の安心安全分野，生活空間分野などを

産 業 界 で は，2003 年 9 月 に ネ ッ ト ワ ー ク ロ ボ ッ ト

参照することで関西地区の活動状況を知ることができる

フォーラム（2007 年 1 月時点で 144 会員，筆者の一人で［16］．

ある徳田が会長）が設立され，標準化課題や内外の動向

ネットワークロボットフォーラムの海外への普及活動

調査などの活動を行っている［14］．このフォーラムの調では，これまでに，欧州視察（2004 年 9 月）
，米国視察

査では，我が国のネットワークロボットの基本概念に対（2005 年 5 月），国内視察（2006 年 9 月九州地区，11 月

して多くの企業・大学・研究機関などが興味をもってい岐阜地区）を行い，ネットワークロボットの国内外の普ることが 2003 年，2005 年の調査で明らかになっている．

及活動を進めている．ユビキタスネットワーキング

21 団体からの回答では，ネットワークロボットが実用フォーラムとの連携を促進するためにユビキタスネット

化されると想定されている利用分野は，「生活」分野が最ワーキングフォーラム（斉藤忠夫会長）とネットワークロ

も多く，次いで医療介護，移動・交通，産業の順であっ

ボットフォーラム間で覚書（2005 年 9 月 22 日）を交わした［15］．この順位は 2003 年時の調査結果と同様であり，た．2005 年 11 月 24 日には，韓国のネットワークロボッ

少子高齢化と安全・安心に対する社会的要請を反映した

ト関連フォーラムである Ubiquitous Robot Companion

ものといえる．

Technology Cooperation Forum（URC-TCF）ともネッ

具体的な研究開発事例では順に，「生活」では，ライフ

トワークロボット技術に関する情報交換を促進するため

ケアロボットシステム（三洋電機）が独居高齢者宅がパーに覚書を交わした．2004 年度から技術部会内に標準化

トナーロボットでつながることで，シルバーコミュニ分科会（分科会長：東芝

ティを構築することを目指す［15］，［16］．各家庭内では準化活動を進めている．2006 年 10 月からは日本ロボッ

土井美和子氏）を設置して，標環境に埋め込まれた各種センサ情報や移動ロボットを用ト工業会の RT ミドルウェア国際標準化調査専門委員会

いたアクティブセンシング情報を用いて，人間の行動を［19］
とも合同会議を開催している．

理解し，「物忘れ防止支援サービス」などの高齢者の生活

学界では，本会情報システムソサイエティで 2005 年

見守り支援サービスを目指す．また，大阪府で行われた

度からネットワークロボット時限研究会が発足して，

38

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

有のサービスである．その結果，ロボットの機能の一部できている．

を外部サーバに分散することで，ロボットそのものの構

国際的には，「Network Robot Systems」に関するワー

造を簡単にできること，ネットワークロボットの基本概

クショップをロボット関連の二大国際会議である ICRA

念にのっとって，日常必要となるユーザサービスを今ま（IEEE International Conference on Robotics andでよりも効果的に提供できることが明らかになったとい

Automation）及び IROS（IEEE/RSJ International Con-う．参加者の満足度も高く，家の監視・安全・日常エデュ

ference on Intelligent Robots and Systems） に お い てテインメントサービス，自動清掃サービスについては

2004 年 IROS か ら 2007 年 ICRA ま で に 5 回 を 開 催 し，

ネットワークロボットにとって最も適切なサービスでは

第 6 回も IROS2007 に予定している．

ないかと感じている．ただ，1,000 ドル以下でその性能

日韓のネットワークロボットシステムに関するシンポジウムも第 1 回が 2005 年 11 月にけいはんな（ATR）で，第 2 回が 2006 年 6 月に韓国 Jeju 島で開催された．

を満たす必要があるという．
4.3 米国におけるネットワークロボット研究
米国 NSF（National Science Foundation）も 2004 〜

4.2 韓国のネットワークロボット研究

2005 年にかけて日本，韓国，欧州などに調査団を派遣し，

韓 国 の ネ ッ ト ワ ー ク ロ ボ ッ ト は URC（Ubiquitous

Networked Robots などの世界動向の調査をしている

Robotics Companion）と呼ばれている．URC はロボッ

［21］
．この報告書が述べている Networked Robots の定トの機能とサービスを拡張した概念で，コンテクストア

義とは「センサ，環境に埋め込まれたコンピュータ，人ウェアネス機能を向上させ，ロボット知能の高度化を目間と連携することによって単体のロボットではできない指している［20］．URC の基本概念は「ネットワークを通

タスクをこなす複数ロボット」をいう．

してセンシング，プランニング，アクションの 3 機能を

日本や韓国がコミュニケーションメディアとしての提 供 す る 」 こ と で あ る．URC は URC environments，

ネットワークロボットを研究しているのに対して，米国

URC robots と a URC server か ら 構 成 さ れ る． こ の 3

では，軍事，宇宙，情報家電関連で Networked Robots

機能を実現するための URC のサーバフレームワークはが進展している．軍事では，複数の無人車が他の複数台

Service Agent Manager（SAM），Planet，CAMUSから収集した知能情報をもとに遠隔操作によってプログ

server の 3 層で構成する．SAM は総務省のネットワー

ラムを書換え可能にして機能向上を図れる無人車を配備

クロボット研究プロジェクトが提案している図 8 の接続している．衛星の展開にシャトル内の宇宙飛行士，地上ユニットに，Planet はネットワークロボットプラットのオペレータたち，シャトルロボットアームを遠隔で操フ ォ ー ム の 接 続 ユ ニ ッ ト 間 の ネ ッ ト ワ ー ク 部 分 に，作する．ホーム家電ではセンサやネットワーク化が進ん

CAMUS server が認証データベースに相当する．SAM

でいる．米軍では大型の未来戦闘システムズイニシアに接続するロボットのタイプも日本のネットワークロ

ティブが複数台の自律自動車をネットワークを介して操ボットと同様に 3 タイプでビジブル型ロボットが Robot

縦するための研究が進められている．この自律型自動車

platform，アンコンシャス型ロボットが Environmentの究極のゴールはネットワークを介してユーザ一人で無server，バーチャル型ロボットが Sobot Platform（Sobot：

人機，地上車，路面車，水中機など複数台を操縦できるSoftware Robot の意）と呼ばれている．

ことである．

2004 年に CAMUS システムの最初の実装を韓国情報

一 方，IEEE Society of Robotics and Automation の

通信省 u-Dream Exhibition Hall に実装し，訪問者に体中にも 2004 年に Networked Robots に関する Technical

感 型 の 体 験 を し，2005 年 10 月 か ら 12 月 の 2 か 月 間，

Committee［22］が立ち上がっている．この中にも我が64 名の主婦にブロードバンド環境を提供し，3 種類のロ

国のネットワークロボットの活動が報告されている．

ボットを使ってもらった．2006 年 10 月からブロードバ

2007 年からは筆者の一人（萩田）が co-chair となりネッ

ンド環境で 1,000 人の主婦とソウルとその近郊の幼稚園

トワークロボットの定義について議論を続けている．

が選ばれ，5 種類の移動ロボットを用いて，フィージビ

4.4 EU におけるネットワークロボット研究

リティテストが実施されている．実証実験の内容は大きEU（Euopean Union）でもロボットが協調・連携してく分けて 2 種類に分けられ，第 1 のタイプは URC サー

周辺の状況を集めてきた情報を利用する複数のプロジェ

バ側のサービスで，一つが基本サービス（音声認識，テクトがある［21］．Karlsruhe 大学の I-Swarm プロジェ

キスト音声変換，画像認識，ロボット／個人認証等），共

クト，スイス EPFL の swarn-bot プロジェクトなどが通サービスは情報提供，エンターテインメント，家のモ

知 ら れ て い る．LAAS（Laboratory for Analysis andニタと遠隔制御である．

Architecture of Systems）では消火作業車や地形図作成

もう一つのサービスは，ロボット自身が提供するサーに複数の無人車を統合する COMET プロジェクトがあビスで，人の誘導，自動課金，自動掃除などロボット特る．その中でも，2005 年 12 月から Research Atelier on

解説論文：ネットワークロボット知能化技術

39

解説論文

ネットワークロボット技術に関する国内での議論の場が日 本
・ネットワークロボット
フォーラム（2003 〜）
・ネットワークロボット
研究プロジェクト
（2004 〜）EU
・ Research Ateliers on
Network Robot Systems（2005 〜）・URUS プロジェクト（2006 〜）

韓 国
URC（Ubiquitous Robotic
Companion）（2003 〜）

IEEE Society of Robotics and Automation’sTechnical Committee on Networked Robots（2004 〜）

図 10

ネットワークロボットの世界的広がり

Network Robot Systems［23］が立ち上がりネットワー

対話行動など）クロボットシステムをどのように定義すべきかなどを検（ 6 ） マルチタスクアロケーション

討した．それによれば，あるネットワークロボットシス（ 7 ） ネットワークロボットのためのワイヤレス通信

テムとは，「あるタスクを実行するために，移動可能な人実証実験では次の 2 課題を実施予定である．

工的な自律システム群でかつそのシステム群同士または（ 1 ） 人々の案内・誘導・監視，人と物の輸送

環境（センサ群）とワイヤレス通信を行い，かつ，そのシ（ 2 ） 人々の避難誘導するための監視

ステム群と living systems（人やペットなど）
ともタグな

以上，国内外の動向を述べた．ネットワークロボット技

どで無線通信できるようなシステム」と定義している．

術はこの数年で着実に世界的な広がりを続けていること

そ の 検 討 結 果 と し て，2006 年 12 月 よ り Ubiquitousが分かる（図 10）．今後は中国，東南アジアへの展開がNetworking Robotics in Urban Settings（URUS）と呼ぶ，予想される．

欧州のネットワークロボット研究プロジェクトがスペイ
ン，フランス，イタリア，スイス，ポルトガル，イギリ

5．む

す

び

スの 6 か国の大学・企業が共同でスタートしている［24］．
スペインのバルセロナ市街を中心として，日本の総務省

ネットワークロボット技術に関する研究プロジェクト

ネットワーク研究プロジェクトとほぼ同様の研究課題がについて概説した．ネットワークロボット技術はロボッ設定されている．プロジェクトの目的は，都会で使われト技術とユビキタスネットワーク技術，センサネット

るネットワークロボットシステムに必要となる基本機能

ワーク技術と融合できる技術であり，今後のユビキタスを統合する適応可能なネットワークロボットアーキテク

社会に重要な技術として利用されていくと予想される．

チャを開発することにある．

我が国のネットワークロボットの概念と技術課題，総務

URUS の研究課題は次の 7 課題である．

省のネットワークロボット研究プロジェクトの進捗状（ 1 ） 都会でロボットが使えるようにするための必要況，国内外の活動状況，特に海外のネットワークロボッ

条件と法整備（ロボットの安全性，プライバシーと個人

トとの定義の差異などについて解説した．

保護など）（ 2 ） 協調的な位置と誘導方法：絶対位置決め，ロボッ
トと人の位置を決めるための環境埋込型センサ群とウェ
アラブルセンサ，人ごみの中で複数のロボットが動ける方法等）（ 3 ） 協調的な環境認識（複数カメラによる人と物とロボットの同定，イベント，シナリオ，状況の同定）（ 4 ） 協調的な地図生成・更新（動的に地図を更新していける方法）（ 5 ） 人─ロボットインタラクション（ロボットの表情を表現できるロボット頭部の開発，人にフレンドリーな40

謝辞

本研究は総務省の研究委託により実施したものである．本研究を実施するにあたり，御協力，御支援頂いた大阪
市科学館及び参加者の皆様に深く感謝致します．NTT の下
倉健一朗氏，東芝の土井美和子氏，三菱重工業の見持圭一氏，
松下電気産業の柳沼裕忠氏はじめ各社の方々についても本論文作成にあたり御協力頂き，深く感謝致します．ユビキタス
ネットワーク技術の研究開発プロジェクトとの接続実験について，慶應義塾大学

岩井将行講師の御協力に対して深謝致します．ネットワークロボットフォーラム関連については，
テレコム先端技術研究支援センターの赤枝氏に御協力頂いた．ここに深謝します．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

献

http:/www.soumu.go.jp/s-news/2003/pdf/030724_1_01.
pdf［3］ 神田崇行，平野貴幸，ダニエル イートン，石黒 浩， 日
常生活の場で長期相互作用する人間型対話ロボット， 日本
ロボット学会誌，vol.22, no.5, pp.636-647, 2004.
［4］ 塩見昌裕，神田崇行，ダニエル イートン，石黒 浩，萩田紀博，RFID タグを用いたコミュニケーションロボットによる科学館での展示案内， 日本ロボット学会誌，vol.24，
no.4，pp.489 ─ 496，2006.
［5］ T. Shibata and K. Tanie, “ Physical and affective
interaction between human and mental commit robot,”
Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation,
pp.2572 ─ 2577, 2001.
［6］ H. Kozima, C. Nakagawa, and Y. Yasuda, “Interactive
robots for communication-care: A case-study in autism
therapy, ” IEEE Int. Workshop on Robot and Human
Interactive Communication (ROMAN-2005), pp.341 ─
346, 2005.
［7］ ロボットビジネス推進協議会設立趣旨
http://www.jara.jp/img/061101.pdf［8］ 見持圭一，塘中哲也， ネットワークロボットによる人の行
動認識， 日本ロボット学会誌，vol.23, no.6, pp.687 ─ 690,
2005.
［9］ K. Kemmotsu, Y. Koketsu, and M. Iehara, “ Behavior
recognition using a visible robot and unconscious
cameras in a network robot system,” Proc. Workshop on
Network Robot Systems at 2006 IEEE International
Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2006-WS), pp.40 ─ 45, Beijing, Oct. 2006.
［10］ S. Nabe, T. Kanda, K. Hiraki, H. Ishiguro, K. Kogure, and
N. Hagita, “Analysis of human behavior to a communication robot in an open field,” ACM 1st Annual Conferenceon Human-Robot Interaction (HRI2006), pp.234 ─ 241,2006.
［11］ H. Tezuka, N. Katafuchi, Y. Nakamura, T. Machino, Y.
Nanjo, S. Iwaki, and K. Shimokura, “ Robot platformarchitecture for information sharing and collaboration
among multiple network robots, ” J. Robotics andMechatronics, vol.18, no.3, pp.325 ─ 332, 2006.
［12］ K. Ueno, T. Kawamura, T. Hasegawa, A Ohsuga, and M.
Doi, “ Development of ubiquitous and multi-robot
applications using mobile script technology, ” Proc.
Workshop on Network Robot Systems at 2005 IEEE
International Conference on Robotics & Automation(ICRA’05-WS), pp.5 ─ 8, Barcelona, April 2005.
［13］ T. Iwamoto, G. Suzuki, S. Aoki, N. Kohtake, K. Takashio,and H. Tokuda, “u-Photo：A design and implementationof a snapshot based method for capturing contextual
information,” Pervasive 2004 Workshop on Memory andSharing of Experiences, Vienna, Austria, April 2004.
［14］ ネットワークロボットフォーラム
http:/www.scat.or.jp/nrf/［15］ ネットワークロボットフォーラム技術部会報告書（平成 17
年 6 月 30 日），（財）テレコム先端技術研究支援センター，
pp.I-2-1 ─ I-2-9, June 2005.
［16］ 関西次世代ロボット推進会議 重点プロジェクト
http://www.kansai-robot.net/project/introduction.html［17］ 西尾信彦， ユビキタス街角見守りロボット社会実証実験，
信 学 ネ ッ ト ワ ー ク ロ ボ ッ ト 研 資，NR-TG-1-21, March
2006.
［18］ http://www.renkei.jst.go.jp/seika/robot/index.html［19］ RT ミドルウェア国際標準化活動
http://staff.aist.go.jp/t.kotoku/omg/index.html［20］ H. Kim, Y.-J. Cho, and S.-R. Oh, “Implementation andapplication of URC server framework,” Proc. Workshop

解説論文：ネットワークロボット知能化技術

on Network Robot System at 2007 IEEE International
Conference on Robotics & Automation (ICRA’07-WS),
pp.23 ─ 27, Rome, April 2007.
［21］ G. Bekey, R. Ambrose, V. Kumar, A. Sanderson, B.
Wilcox, and Y. Zheng, “ International assessment ofresearch and development in robotics,” WTEC Panel
Report, pp.73 ─ 79, U.S.A., Oct. 2005.
［22］ IEEE Society of Robotics and Automation’s TechnicalCommittee on Networked Robots.
http://faculty.cs.tamu.edu/dzsong/tc/index.html［23］ http://turina.upc.es/nrs/［24］ A. Sanfeliu and J. Andrade-Cetto, “ Ubiquitous
networking robotics in urban settings,” Proc. Workshop
on Network Robot Systems at 2006 IEEE/RSJ Int. Conf.
on Intelligent Robots and Systems (IROS’06-WS), pp.14
─ 18, Beijing, Oct. 2006.
（平成 19 年 1 月 22 日受付，5 月 21 日再受付）

萩田 紀博（正員：フェロー）▶ 1978 慶應義塾大学大学院工学研究科電気工学専攻修士課程了．同年電電公社（現NTT）武蔵野電気通信研究所入所．NTT 基
礎研究所などを経て，ATR メディア情報科学研究所長などを経て，現在，ATR 知能ロ
ボティクス研究所長．この間，文字認識，
画像認識，コミュニケーション科学，コミュ
ニケーションロボットなどの研究に従事．
工博．IEEE，
情報処理学会，人工知能学会日本ロボット学会各会員．

徳田 英幸（正員）▶ 1977 慶應義塾大学より工学修士 . 1983
カ ナ ダ， ウ ォ ー タ ル ー 大 学 よ り Ph.D.
(Computer Science)．現在，慶應義塾大学
環境情報学部教授，同大学大学院政策・メディア研究科委員長，ユビキタスコンピュー
ティング，分散リアルタイムシステム，マルチメディアシステム，通信プロトコル，
超並列・超分散システム，モバイルシステ
ム等の研究に従事，IEEE，ACM，情報処理学会，日本ソフトウェ
ア科学会各会員．

41

解説論文

文

［1］ E. Guizzo and H. Goldstein, “The rise of the body bots,”
IEEE Spectr., vol.42, no.10, pp.50 ─ 56, Oct. 2005.
［2］ 総務省，ネットワーク・ロボット技術に関する調査研究会，報告書，平成 15 年 7 月．

この本をお勧めします
若手の技術者と研究者へ

ものづくり革命パーソナル・ファブリケーションの夜明け
ニール・ガーシェンフェルド著
糸川洋訳

ソフトバンククリエイティブ
2006 年 2 月発行
272 ページ 1,890 円
ISBN：4-7973-3314-6

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この本の各エピソードを貫いているのは，様々な物事に興味をもち，丁寧に観察し，論理的に分析し，積極的に行動し，目標を達成する，という氏の熱い姿勢である．そして，ついつい自分はどうなのか，

少し古い本ではあるが，最 近はインと考えさせられる．これを読む皆さんは大産業革命によって，世の中は効率を最ターネットで古書でも比較的容易に入手

学や企業で研究開発に携わる立場だと思うも重視した少機種大量生産による商品普できるため紹介したい．本書は現在，バが，「研究者になる」と意識した人がどれほ及が行われたが，著者が目指すのは，こイオ分野の研究開発で活躍する冨田勝氏

どいるだろうか．散歩しているうちに富士の構造を再度逆転させ，
エレクトロニクス，の青少年時代の自伝である．

山に登ってしまった人などいないのだ．若ションを目指した活動を続けている．

コンピューティング，通信，ラピッドプロト

中学生のころ，将棋道場に通いつめ，い研究者，技術者の方々も，是非，氏のタイピング等の技術を活用し，個人やコポーカーや五目並べの確率を研究し，高自伝を通じて自分の人生を考えてほしい．

ミュニティの需要に合致したモノを設計し校では馬術部で活躍するなど，まさに文本書を書いた時点で，人工知能を研究

武両道．インベーダーゲームにも熱中し，する慶応義塾大学の助教授であったが，ここで着目したいのは，このような製様々な技を紹介している部分は，その時その後，医学研究科博士課程を修了し，造が，世界の様々な場所，我々があまり代の人にとっては懐かしい話であろう．

現在ではバイオの分野を研究のフィールて製造しようとするものである．

想像できないような環境，状況において，個人でゲームソフトを作成して儲ける，

ドとしている．興味・観察・分析・行動・

最もふさわしい解決をパーソナルファブリというのは今では簡単に想像できないかも

目標達成というサイクルを怠ることなく，

42

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

常に成長し続ける氏の姿勢には本当に頭点である．二つ目は，ボトルネックの特定が下がる．

やその影響を推定するために確率モデル（S.S.）

を用いている点である．生産システムでは各工程において必要な部品が充足してザ・ゴールいることや人間による組立て作業が必要

企業の究極の目的とは何かであるが，それらは不確定に変動し，結エリヤフ・ゴールドラット著

果として生産スループットの低下を招いてダイヤモンド社 2001 年 5 月発行
560 ページ 1,680 円
ISBN：4-478-42040-8

しまう．この状況を簡単な数値例に基づいて分かりやすく解説しているところも，本書の特徴的な点である．確率的変動
がスループット低下を招くという現象は，言は，日本の若手研究者が「考える力」をエンドユーザが通信要求を発生させる時

養い，問題解決能力を高めるために大変点や要求される通信量が時々刻々と変動参考になる．

するネットワークシステムにおいても，全くそのまま当てはまる．

を書いた本じゃないか」と思うかもしれな

分野の異なるこのような本を読むことい．しかし，本書がただの本ではない理

で，問題の発見と解決の重要性を別の角由は，著者自身の体験に基づく「具体的度から再認識してみるのもよいだろう．

行動指針のヒント集」にある．

（S.K.）

から順に出すべき．話は前置きなしに，さ せ たとい わ れ る 制 約 条 件 の 理 論

素人のように考え，玄人として実行する

スタイルで分かりやすく解説したビジネス

金出武雄著書である．TOC はイスラエルの物理学者

PHP 研究所 2004 年 11 月発行
325 ページ 680 円
ISBN：978-4-569-66287-9

エリヤフ・ゴールドラットが提唱した生産システム効率化を実現する経 営手法で，大規模な生産システムにおいて生産性の難しい話や重要な発明も，その発想を低い部分（ボトルネック）を発見し，その部聞いてみると「なーんだ，そのくらいなら分が常に全稼動するようなスケジューリン

自分でも考えたのに」と思うことがある．

グを構築することで，全体の生産性（ス

日本の若手研究者だって優れたアイデア

ループット）を向上させるというものである．

をもっている．しかし，アメリカの著名な

本書は生産管理やサプライ･チェーンマ

学者には，日本人とは大きく異なる点がネージメントに携わっている人たちをターある．それは，「世の中にごく普通に存在

ゲットにしているが，ネットワークフロー

する問題を取り上げ，複雑に考えるのでシステムという観点のもとで生産システム

はなく，単純に直線的に解答を導き出す」

を情報通信ネットワークに置き換えてみことである．発想は，単純，素直，自由，

れば，本書は情報ネットワーク研究者・

簡単でなければならない．しかし，「こう技術者にも重要な二つの教訓を与えてくいう時にはこうすればうまくいくはずだ」

れている．

というパターンを習得すると，その分野

一つ目は，大規模・複雑化したネットを知っているがゆえに発想を生む視野がワークフローシステムのボトルネックを発狭くなってしまう．一方，発想を実行に移見・改善することが，ネットワーク全体のすのには知識がいる，習熟された技がいスループット向上にどれほど重要かというる．この「素人発想，玄人実行」という至この本をお勧めします

日本人が苦手なプレゼンテーションの例でいえば，「手持ちのカードは良いもの

本書はアメリカ製造業の競争力を復活（Theory of Constraints: TOC）を小説のこんなことを書いても「当たり前のこと

肝心なことを先に言えばよろしい」とのことである．こうすれば，聴衆が退屈して寝てしまったり，時間切れで大事なポイン
トを話せなくなったりしないのだという．
ほかにも，「アイデアは，盗まれるのをおそれずに人に話せ」とか「独創はひらめかない，思考を持続せよ」「創造の基本は物真似である」「英語はうまくなりすぎるな」「子供はバイリンガルにしない方がよい」
といった興味をそそられるフレーズがたくさん綴られている．
本書の素晴らしさは，分かりやすい語
り口によって，しかも，技術分野によらないポイントを単純明快な一文で表現しているため，本のエッセンスを容易に自分のものにできる点にある．分野を問わず，ぜひ，若手研究者に読んで頂きたい一冊である．

（M.I.）

この本をお勧めします
若手の技術者と研究者へ

43

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

パーソナルエリアネットワークとその動向
Trend on Wireless Personal Area Networks

阪田史郎

†

Shiro Sakata†
ながら，人々に見えないあるいは意識しないところで，

Summary

様々な生活局面でその状況に合わせて的確かつきめ細かなサービス，情報を提供する，としている．このコン無線による通信距離が最大約 10 〜 20 m のパーソナル
エリアネットワークは，ユビキタスネットワーク社会において極めて重要な役割を果たし，人々の様々な生活局
面において，的確できめ細かなサービスを提供することが期待される．筆者は，本論文において，2002 年以降
IEEE802 委員会，ISO を中心に急速に標準化が進められ

ピュータ群の協調を効果的に実現するのが無線通信によるユビキタスネットワークであり，人間一人が自分の直接的な行動を示す範囲とされる 10 〜 20 m までを通信距離としてカバーするパーソナルエリアネットワーク（Wireless Personal Area Network あ る い は Personal

現在も技術開発が続けられている無線 PAN，短距離無線

Area Network）は，ユビキタスネットワークの中でも中を含む広義のパーソナルエリアネットワークについて，

核的な役割を果たす
［2］
［3］
， ．

その位置付け，応用，技術動向を解説する．

本 論 文 で は，IEEE802 委 員 会（IEEE：Institute ofElectrical and Electronics Engineers）や ISO（Interna-

Key words

tional Organization for Standardization）を中心に標準化

PAN，ユビキタスネットワーク，IEEE802，センサネッ
トワーク，アドホックネットワークが進められている広義のパーソナルエリアネットワーク
についてその位置付け，応用例，技術動向，更に今後の展望と課題について述べる．本論文の位置付け，主目的
は，ユビキタスネットワーク技術の進展の中で，密接に関連する従来のパーソナルエリアネットワークの仕様概1．ま え が き

要も含めて，それらが登場してきた考え方，応用などの2005 年の総務省によるユビキタスネットワーク社会（UNS：Ubiquitous Network Society），u-Japan（ubiquitous-Japan）の提唱を受け，2006 年に発表された
e-Japan II では，2010 年ごろを目標に人々の生活を支援する知的情報基盤を形成するユビキタスネットワークの実現を掲げている． ユビキタス

は，1988 年に当時

Xerox の PARC（Palo Alto Research Center）の研究者であった故 Mark Weiser（1952 〜 1999 年）が，21 世紀のコンピュータ環境を ‘Ubiquitous Computing’ と表現したことが端緒とされている［1］．
［1］
では，‘Ubiquitous
Computing’ は，多くのコンピュータ群が互いに協調し†千葉大学大学院融合科学研究科，千葉市
Graduate School of Advanced Integration Science, Chiba University,
Chiba-shi, 263-8522 Japan

44

差異を明確にする点にある．
本特集号で仕様の詳細を解説する IEEE802 委員会では，現在 Bluetooth［4］，UWB［5］，センサネットワーク［6］，ミリ波通信［7］を無線 PAN の対象としているが［8］，ここでは最大通信距離は無線 PAN よりも短いが，類似する機能を提供する ISO で扱われる短距離（近距離，近接，近傍などとも記される）無線も含めて解説する．

2．パーソナルエリアネットワークとその位置付け
無線ネットワークは，使用周波数帯や，通信距離，通信速度，送信電力，変調方式など様々な分類が可能であるが，IEEE802 委員会をはじめとして通信距離で分類されることが多い．通信距離による無線ネットワークの通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

電 話 網 に 相 当 す る 広 域 網（ 無 線 WAN：Wide Area

ネットワークにおける周波数と通信速度の関係を図 2 にNetwork），携帯電話網と同様基地局を通して端末間で示す．

の通信を行うが一つの基地局で半径数 km をカバーする

通信距離による分類では，無線ネットワークは，携帯解説論文

分類を図 1，表 1 に示す．また，以下で解説する各無線

無線 MAN（Metropolitan Area Network），従来有線で

無線ＷＡＮ

無線ＭＡＮ

無線ＬＡＮ

無線ＰＡＮ

短距離
無線
10〜20 m
約100 m
数km

基地局を介してグローバルな通信が可能（携帯電話網）

図1
表1

無線 PAN
無線 LAN

無線 MAN

無線 WAN

標準化機関

例

備

考

・通信方式ごとに個別（主に ISO）

・RFID
・DSRC
・NFC
・赤外線
・特定小電力無線，微弱無線・1 対 1 通信が主・IEEE802.15

・IEEE802.15.1（Bluetooth）
・IEEE802.15.3a（UWB）
・IEEE802.15.4

・業界団体
Bluetooth SIG, WiMedia Alliance,UWB Forum, ZigBee Alliance 等

・IEEE802.11

・IEEE802.11b/a/g
・IEEE802.11n（次世代高速版）

・業界団体
Wi-Fi Alliance・IEEE802.16（BWA）

・IEEE802.16-2004（固定 WiMAX）
・IEEE802.16e（モバイル WiMAX）
・MBTDD-W，MBFDD
・iBurst 拡張 (625k-MC モード）・業界団体
WiMAX Forum・第 2 世代（PDC，GSM 等）
・第 3 世代（W-CDMA, cdma2000）
・第 3.5 世代（HSDPA, EVDO）

・現在は第 2 世代と第 3 世代が利用されている・2013 年ごろ以降に第 4 世代へ

・IEEE802.20（MBWA,
高速移動体対応）
・3GPP，3GPP2

アドホックネットワーク

短距離無線

通信距離から見た現在の無線ネットワーク
センサネットワーク

ネットワーク

通信距離から見た無線ネットワーク

UWB

IEEE802.11n
100 M

通信速度［bit/s］

IEEE802.11g
10 M

IEEE802.11a

IEEE802.11b
IEEE802.16-2004
IEEE802.16e

1MBluetooth

NFC

IEEE802.15.4

100 k

図2

RF-ID

100 M

1G
周波数［Hz］

10 G

小特集❶

10 k
10 M

DSRC

100 G

各無線ネットワークにおける周波数と通信速度の関係

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

45

は Ethernet（IEEE802.3） に 代 表 さ れ る LAN（Local

細かなサービス，情報を提供する」ネットワークとしてArea Network）や構内網と呼ばれてきた無線 LAN，通重要な役割を果たしていく．

信距離が最大約 10 〜 20 m の無線 PAN，更にそれ以下

3．パーソナルエリアネットワークの動向と仕様概要の短距離無線に分けられる［9］．
また，現在はまだ研究中で実用化のめどが明確になっていないがパーソナルエリアネットワークの範疇 に入る

無線ネットワークの全体的な動向とその中でのパーソ通信技術として，人体とその周辺部が比較的良好な導体

ナ ル エ リ ア ネ ッ ト ワ ー ク の 位 置 付 け を 述 べ た 後，であることに着目し，人体を通信経路とする人体通信技

IEEE802.15 を除く各パーソナルエリアネットワークの術（Near-field Intrabody Communication または Proxi-

仕様概要を解説する．
3.1 無線ネットワークの動向とパーソナルエリアネット

mity Communication） を ベ ー ス と す る BAN（Body

ワーク

Access Network または Body Area Network. IEEE802.5
Study Group MBAN（M は Medical）
において検討開始）

パーソナルエリアネットワークを含む無線ネットワー

がある
［10］
［11］
， ．BAN は，腕時計やヘッドマウントディ

クの全体的な現在及び将来の動向としては大きく，ブ

スプレイなどのウェアラブル端末同士の通信や，ウェア

ロードバンド化，ユビキタス化，ネットワーク間連携がラブル端末と将来身の回りの環境に埋め込まれる微小コ挙げられる．ユビキタス化の内容としては，センサの収ンピュータ群との通信に用いられることが想定され，最容，マルチホップ通信，端末の移動への対応，省電力化

大 10 Mbit/s 程度の通信速度，医療やヘルスケアなどへなどを挙げることができる．図 3 にこれらの動向を，標の応用が目標とされている．

準化における IEEE 委員会の TG（Task Group）も含めアドホックネットワーク，センサネットワークなどのた形でまとめて示す．

無線ネットワークや，今後無線が主流となる一般家庭をパーソナルエリアネットワークから見ると，ブロード対象とした情報家電ネットワーク（ホームネットワーク）

バンド化，ユビキタス化，ネットワーク間連携の三つの動などは，ユビキタスシステム（本論文では，ユビキタス

向については，
ユビキタス化との関連が最も強い．ブロー

コンピューティングとユビキタスネットワークの融合形

ドバンド化では UWB の製品開発とミリ波帯を用いた態をユビキタスシステムと呼ぶ）環境において重要な役

ネットワークの研究開発が活発化し，ネットワーク連携

割を果たす．これらのネットワークは，通信距離によるについては技術開発が緒についたばかりという状況であ分類されたものではないが，通信距離との対応では，短り，3.2 〜 3.5 では主にユビキタス化の視点から述べる．

距離無線〜無線 LAN に位置づけられる［9］
［12］
， ．

（ 1 ） ブロードバンド化

パーソナルエリアネットワークは，ユビキタスシステ

パーソナルエリアネットワークにおけるブロードバン

ム環境においては，今後様々な形で，故 Mark Weiser

ド化については，UWB とミリ波帯を用いたネットワー

が記した，「人々に見えないあるいは意識しないところ

クが挙げられる．100 Mbit/s オーダの通信速度をねらいで，様々な生活局面でその状況に合わせて的確かつきめと し 3.1 〜 10.6 GHz の マ イ ク ロ 波 帯 を 用 い た UWB

ブロードバンド化

短距離
無線

シームレス連携802.15.3a（UWB）
802.15.3c（ミリ波）

802.11n802.16-2004
802.16m

3.5G（HSDPA,
EV-DO）
→4G

無線
PAN

無線
LAN

無線
MAN

無線
WAN

802.21（MIH ）

802.11f/r
センサ

ユビキタス化---- 802.15.4, 802.15.4d
802.15.4a（UWB）

メッシュ ---- 802.15.5
移動制御 ----

IETF

図3

46

802.11u802.11s

802.16j
802.16e802.20

MANET

NEMO,
MobileIP

無線ネットワークの全体動向（802 の前の IEEE は省略）

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

表2てきたが，方式を一本化できず 2006 年に解散）の実用化，
IEEE802.15.3c における Gbit/s オーダの通信速度をねらいとしミリ波帯を用いたネットワークの標準化が進展しつつある．
（ 2 ） ユビキタス化
センサは，ユビキタスシステムにおける状況認識の要素機能を提供し，センサの収容はパーソナルエリアネッ
トワークを特徴づけるものであり，省電力化の視点からも重要である．接続されたセンサ群を統一的に制御する
センサネットワークの動向については，3.4 で述べる．
マルチホップ通信，端末の移動への対応については，アドホックネットワークのもつ特徴的な機能であり，3.5
でその動向を述べる［13］〜［15］．IEEE802 委員会では，
無線 PAN，無線 LAN，無線 MAN に関し，それぞれ

解説論文（Ultra-Wideband，IEEE802.15.3a で標準化が進められ

特定小電力無線と微弱無線の主要な諸元と用途

方 式

特定小電力無線

微弱無線

規格

独自

独自

伝送速度

2.4 kbit/s

2 kbit/s

利用周波数帯域 429 MHz

307.74 MHz
316.74 MHz

伝送距離30 〜 300 m

30 m

消費電力
（通信／待機）59 mW/0.3 mW

66 mW/3.3 mW

これまでの主な 音声アシスト用無 線電話， 微弱型コードレス電
用途
無線呼出し，リモコン，ワ 話，ワイヤレスマイク，
イヤレスマイク，補聴援助 非 常 警 報 送 信 機，
用ワイヤレスマイク， 構内 自動ドア送信機，リ
ページャ，インターホン，テ モコン等
レメータ，医療用テレメータ，
移動体識別，移動体 検知
センサ，レーダ，画像伝送，
プリンタバッファ等

IEEE802.15.5，IEEE802.11s，IEEE802.16j の 各 TG に
おいて，メッシュネットワークと呼ぶ，マルチホップ通tion），ITS（Intelligent Transport System，高度道路交信の制御方式の標準化を進めている．メッシュネット

通システム）
における自動料金徴収用の ETC（Electronic

ワークでは，近未来の実用化の観点から当面端末の移動

Toll Collection system，ノンストップ自動料金支払いシまでは想定せず，基地局あるいはアクセスポイントの間ス テ ム ） で 用 い ら れ て い る DSRC（Dedicated Shortを無線のみでマルチホップさせる
［13］
［14］
， ．

Range Communication，専用狭域通信）が代表的である．

（ 3 ） ネットワーク間連携

ISO では，RFID，NFC の各技術はそれぞれ非接触セパーソナルエリアネットワークのもつ局所性，及びパーンサ，非接触 IC カードに分類され，将来はともにセンソナルエリアネットワーク内では必ずしも IP（Internet

サネットワーク（例えば ZigBee）のエンドデバイスとしProtocol）を使用しないことから，例えば IEEE802.21 でて動作させることも考えられる．

検討された MIH（Media Independent Handover）と呼ば（ 1 ） 特定小電力無線と微弱無線

れるネットワーク間連携では，その対象は無線 WAN，無特定小電力無線は，1992 年の旧微弱無線の規格の廃線 MAN，無線 LAN，有線の Ethernet までであり，無止に伴って登場し，同時通信 ( 複信 ) も可能である．表線 PAN は陽には扱われていない．

2 に特定小電力無線と旧微弱無線の主要な諸元，応用分

パーソナルエリアネットワークとしては，後述するように，現状ではまだ多くのネットワークが単独としても野の比較を示す［16］．
（ 2 ） 赤外線
赤外線を用いた無線通信については，無線 LAN の標技術は今後の開発に負うところが多い．例えば，今後セ準化を進める IEEE802.11 において 1990 年代初頭に検ンサネットワークやアドホックネットワークにおいて討された後，1993 年に業界団体として発足した IrDA

は，本格的な実用化の段階では，バックエンドの IP（Infrared Data Association） が 標 準 化 を 進 め て き た．

（Internet Protocol）ネットワークとのシームレス連携機

IrDA は，波長 850 〜 900 nm の赤外線による無線イン能が重要となる．

タフェースの業界標準化を目指すコンソーシアムとして

3.2 短距離無線

設立された．IrDA によって標準化された方式が，当初

短距離無線には，古くからトランシーバやリモコン，の IEEE 802.11 の PHY（物理層）規格の一つになった．

無線マイク，業務用のバーコード読取り用，商品タグのIrDA 方 式 に は，1 m 以 上 の 通 信 距 離 で， 最 大 16

管理用などに使われてきたものから，近年非接触 IC カー

Mbit/s の伝送速度を目標とし，部品コストが安いとい

ド，非接触センサ，あるいは車の走行と連動して利用さうメリットがある．しかし，光の伝送の特徴である強い

れるものまで，多様な形態が出現している．古くから使直進性（遮へい物があるとシャドーイングにより通信でわれてきたものとしては，特定小電力無線，微弱無線，きない），送信側と受信側の軸調整が必要，などの課題

赤 外 線 が あ る． 近 年 利 用 さ れ 始 め た も の と し て は，がある．このため，赤外線を用いた無線通信は，直進性RFID（Radio Frequency Identification，無線移動識別），の問題が大きな障害とならない，例えば家電のリモコンJR 東日本の Suica や JR 西日本の ICOCA 更に携帯電話制御のような限定された場面での利用にとどまっているで も 用 い ら れ て い る NFC（Near Field Communica-

［9］
［17］
， ．

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

47

小特集❶

研究開発途上にあり，ネットワーク間の連携についての

（ 3 ） RFID

ベースから構成される．図 4 に，RFID タグの部分の認電子化された一方の情報をもう一方が正確に電子デー

識における動作原理を示す．周波数の分類による各特性

タで引き出したり，引き渡したりする手段で，IC タグ

を表 4 に示す．世界的には，通信距離が長い UHF 帯のや無線タグ，電子タグなどとも呼ばれる．第 2 次世界大

実用化（大きい貨物の単位での読取り・書換えが可能）へ

戦中に米国で敵と味方の戦闘機の識別用に開発されたの期待が高く，5 m 強の通信距離に加え高い読取り精度

レーダ技術の応用といわれ，その後 1970 年代に民間にを実現するための技術開発が進められている［16］．

開放され，1980 年代以降国内においても工場内での部
表3

品管理の自動化ツールとして活用されてきた［14］．現在の RFID は，2001 年以降，インタフェースの標準化，機器の小型軽量化，低価格化に伴い，ユビキタスネット
ワークのキーデバイスとして急速に注目を集め，ユビキ
タスネットワーク技術の象徴として実用化が進展しつつある．以下では，既に利用例が多い，読取り装置から電波を発信しタグ側が ID を送り出すパッシブ RFID について述べる．RFID タグの特徴を表 3 に示す［16］．
RFID を用いたシステムは，RFID タグ，RFID リー

RFID の特徴

非接触

通信距離は平均で 1 〜 100 cm

被覆可能

遮へい物（金属を除く）
が入っても認識できる

小型・薄型

貼付け可能な商品や製品の幅が広がる

ユニーク ID

チップ単体に個別の識別子があるため，モノを個別に管理可能

環境・耐久性

汚れ，振動に強く経年変化が少ないため，長期間にも耐えられる

書換え可能

いったん書き込んだ情報に新たな情報を加えたり，書換えができる

ダ／ライタ，リーダ／ライタを制御するコンピュータ，タ

読み書きの自由度 移動していても読み書きが可能

グの ID や読取り情報，センサ情報を管理するデータ

複数同時読取り複数のタグを一度に認識することが可能

コンピュータ，
データベース

コントローラ送受信部④リーダは受信し受信した情報を処理

メモリ①リーダ（読取り装置）
から電波を発射③RFIDタグはその電力を利用しメモリに記録している情報をリーダのアン
テナに送信

アンテナ

送受信部

②誘導電圧を発生し，更に電力を発生アンテナ

リーダ／ライタタグ

図4
表4

RFID の構成と動作
RFID の周波数別の特性
UHF（900 MHz 付近の帯域）

135 kHz 未満

13.56 MHz

アンテナの大きさ

やや大

やや大

やや小

やや小

送電方式

電磁誘導

電磁誘導

電波

電波

通信距離

〜1m

〜1m

〜7m

〜2m

指向性

2.45 GHz広い（弱い）

広い（弱い）

シャープ（やや強い）

シャープ
（強い）

オンメタル

△

×

△

△

対電磁ノイズ×△○○

対無線 LAN

○

○

○

×

対水分

○

○

△

×

日本

○

○

○（2005 年）

○

米国

○

○

○

○

欧州

○

○

○

△

日本では，100 m 以上でも読み書き可能な 433 MHz をコンテナ輸出入管理用に認可（2006 年 9 月）

48

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

表 5 に想定されている RFID の主な応用を示す．当面れるタグを一意に識別するための読取り専用の ID と，は物流，資産管理が主体であるが，繰返しの読込みと書利用者が書換え可能なユーザ領域（最大 8 kByte 程度）が込みが可能で，悪条件での耐久性をもつため，商品を追ある．この UID に関する国際標準が EPC（Electronic

跡する技術（トレーサビリティ）が注目されている．ト

Product Code）である．EPC の標準化は，EPC グロー

レーサビリティは，商品の生産地から流通機構を通して

バル（旧 Auto-ID センタ）によって推進されている．

消費者に届き実際に消費されるまでのライフサイクルを

Auto-ID センタは，1999 年に自動認識技術のプロジェ

管理することを可能にし，盗難発見や食品衛生，医療支

ク ト と し て 米 国 の MIT（Massachusetts Institute of援，環境リサイクルなど，人々の生活にも多くの利便性

Technology）に設立された．その後 Auto-ID センタは，を提供する．

2003 年に発展的解消を遂げて，ビジネスへの導入と研な お， 国 内 で は EPC グ ロ ー バ ル の ほ か に，YRP

究開発の二つの役割に分かれることになった．前者のビ（Yokosuka Research Park）ユビキタスネットワーキン

ジネスへの導入とそれに関連する標準化の活動を行う非グ研究所のユビキタス ID センタにおいて提唱されてい営利組織（NPO：Non-Profit Organization）として，バーる，商品に限らずあらゆるものを対象とした ucode があ

コ ー ド の 管 理 団 体 が あ る UCC/EAN（Uniform Codeる．ucode は RFID 以外に，アクティブチップ，ID チッCouncil/European Article Number）の活動を引き継ぐ

プ，バーコード，IC カードなども対象としている．表 6形で 2003 年に EPC グローバルが設立された．EPC グに EPC グローバルとユビキタス ID の比較を示す［14］．

ローバルによる RFID のシステムは EPC ネットワーク（ 4 ） NFCと呼ばれるが，その構成と動作を図 5 に示す．

NFC は，ソニーとフィリップスが開発し 2002 年に発

ONS
サーバ

PML：Physical Markup Language
ONS：Object Name System
EPC
RFID

Savant

①EPC

リーダ

②EPC

Savant

③EPC
④
⑤EPC
⑧

分散環境で動作する通信ソフトウェア．EPC をもとに ONS
サーバ，PML サーバと通信を行う．複数の質問に対し IDのチェック，データのスムージング，タスク管理を行う．

ONS

インターネットにおける DNS と同様の手順で EPC を IP ア
ドレスに変換する．Savant サーバからの問合せに対して，
PML ファイルの格納されているアドレスを通知する．

PML

インターネットにおける XML に準拠した言語フォーマット
で，モノの識別情報を記述する．

図5③④PMLサーバのIPアドレス

インターネット⑧PMLで記述された
モノの情報

⑤

PML
サーバ
⑦PMLで記述された
モノの情報

⑥EPC

アプリケー
ション

EPC ネットワークの構成と動作
表5

RFID の想定応用

食物や薬などのトレーサビリティ，SCM，郵便物の追跡，航空貨物の管理，家電リサイクル等の廃棄物管理資産管理

商品の盗難防止，図書館等における本の管理，工場の部品在庫管理

人や動物の動きの管理

入退室管理，構内敷地・空港等における車両管理，交通量管理，スポーツにおける時間の管理，
学生証・社員証，電子パスポート，高齢者・障害者・小学生，ペット，家畜の監視

防犯・防災，偽造防止

イモビライザ，ホームセキュリティ，防災・消防，薬や有価証券，ブランド商品等の偽造防止

マーケティング

RF-ID ポスター等による広告・販促

情報提供

博物館等での展示品解説・案内

支払い・チケット

道路料金の自動徴収，駐車場の自動化，公共交通機関の定期券，イベントの入場券，食堂の清算，
電子財布，スキーリフト券

家庭での利用RFID タグに反応する電子レンジ，洗濯機，冷蔵庫等

ウェアラブル端末

RFID タグやリーダを身体に装着

小特集❶

物流管理

物流管理，資産管理用に RFID が適用される主な商品： 食品，衣料，薬品，家具，文具，玩具，書籍等

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

解説論文

RFID には，UID（Unique Item identification）と呼ば

49

表6

EPC グローバルとユビキタス ID の比較
EPC グローバル

ユビキタス ID（ucode）

設立時期

米国拠点は 1999 年
日本拠点は 2003 年 1 月

2003 年 3 月
（国内）

設立母体

米国 MIT

T-Engine フォーラム

ID の長さ96 ビット (128 ビットも検討）

フォーマットなしの 128 ビット（128 ビット単位で拡張可能）

国内で使用する周波数帯

13.56 MHz，UHF 帯，2.45 GHz（候補） 13.56 MHz，2.45 GHz ほか

無線通信の仕様ISO に提案・準拠（UHF 帯では ISO18000-6）

当初想定するアプリケーション例

流通システムでの商品追跡，万引き防止， モバイル機器，情報家電等生活空間での各種用途
ブランド品の海賊版防止等

ISO14443，同 15693 等非接触 IC カードの既存の無線通信仕様を利用．ITUSG13（ネットワーク型 ID）
で検討

リーダ／ライタのハードウェア，OS Philips，Motorola，TI による共通仕様

T-Engine と eTRON

インターネットの利用

利用を想定

選択肢の一つネットワーク上のシステム

データ収集用ソフト Savant，名前解決用 開発中
サーバ ONS 等

セキュリティ

利 用 者 が 無 線 通 信 機 能 を オ フ に で き る eTRON によるリアルタイム PKI 等
Kill コマンド等

eTRON: entity and economy TRON

表7

表8

NFC の主要な諸元と応用

DSRC（日本）の主要な諸元と応用

周波数

5.8 GHz

通信方式

アクティブ
路側機：全二重データ伝送速度

上り下りともに 1 Mbit/s，4 Mbit/s

通信距離数 m 〜数十 m

マンチェスター

変調方式

ASK，QPSK

・乗車券 / 定期券の非接触読取り
・携帯電話と連携させた電子マネー（決済の承認）
・公共交通機関でのプリペイドカード
・社員証・学生証
・建物・部屋の入退管理
・ディジタルカメラやオーディオ機器の制御

プロトコル

同期式

応用例

・ETC による自動料金徴収
・AHS（Advanced cruise-assist Highway
Systems：走行支援システム）・インターネット接続
・音楽や動画のダウンロード
・IP 電話・駐車場の入出庫管理
・ガソリンスタンドやコンビニでの代金支払い
・物流管理

周波数帯

13.56 MHz

通信距離

約 10 cm（双方向通信可能）

通信速度

106 〜 424 kbit/s，
または 212 kbit/s

変調方式

ASK 10％

符号化方式

主な応用

表した非接触 IC カードの近距離通信技術である．2002
年に ECMA International（European Computer Manufac-

車載機：半二重turers Association，欧州コンピュータ工業会）に提案され，ECMA-340 と し て 認 め ら れ た 後，2003 年 に ISO/IEC IS 18092 として国際標準化された．NFC チップが搭載された機器を双方が特定できる距離に近づけること
で，相互に認識し合い情報交換ができる．
NFC には，ソニーの FeliCa とフィリップスの Mifareの通信方式が含まれており，両者との通信互換性が保証されている．NFC の通信規格と主な応用を表 7 に示す．
（ 5 ） DSRC

表9

IEEE802.11p の主要な諸元

通信速度

3，4，5，6，9，12，18，24，27 Mbit/s(3，6，12 Mbit/s は必須 )変調方式

BPSK OFDM， QPSK OFDM，
16-QAM OFDM， 64-QAM OFDM(IEEE802.11a と同じ )誤り訂正符号

K=7 (64 states) 畳込み符号

符号化率1/2， 2/3， 3/4

サブキャリヤ数52

1990 年代半ば以降標準化が進展した双方向無線通信

OFDM シンボル数

8.0 ms技術で，国内では ARIB STD-T75 として標準化され，ガードインタバル

1.6 ms2001 年に ITS における ETC のための通信手段として占有帯域幅

8.3 MHz

利用が開始されている．表 8 に日本の DSRC の主要な諸元と応用を示す．

イヤの空気圧，エンジンオイルの状態などの情報を，ガ

例えばガソリンスタンドにおける応用では，自動車がソリンスタンドの DSRC 無線機に無線で伝えることがガソリンスタンドに入ると同時に，ガソリンの残量，タ可能となる．DSRC は通信速度が速いため，給油中にカー

50

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

動的に済ませたりすることができるようになる．

公表されたセンサネットワークの主な応用を示す．
従来センサネットワークとしては，センサ数個の小規

なお，欧米における DSRC 用の通信については，日本模なものとして特定小電力無線，微弱無線を利用したもと 異 な り IEEE802.11p（ 無 線 LAN の IEEE802.11a のの，主に大学等における研究用として MICA/MOTE な

ハーフレートで最大 27 Mbit/s，米国では 5.9 GHz 帯をどがある［18］．IEEE802.15.4 において物理層と MAC使用）を採用する方向である．日本においても，次世代の（Media Access Control）層が 2003 年に標準化され，業DSRC については，欧米の仕様の採用に関する検討も進界団体である ZigBee Alliance において上位層が標準化められている．
表 9 に IEEE802.11p の主要な諸元を示す．

中の ZigBee の実用化への期待が高まっている
［6］
［
，18］
，

3.3 無線 PAN［19］．更に，2005 年以降，IEEE802.15.4a においては，

IEEE802 委 員 会 に お け る 標 準 化 の 活 動 と し て は，

伝送媒体に UWB を用い，ZigBee と同程度の消費電力でIEEE802.15.1a における Bluetooth，IEEE802.15.4 にお数 Mbit/s の通信速度，数十 cm の測位精度（ZigBee にける低速センサネットワーク（ZigBee で採用）の標準化

は測位機能はない）を目指した高速センサネットワーク

がほぼ終了した一方で，2006 年に Gbit/s オーダの通信の標準化が，
2007 年中の規約化を目標に進められている．

速度を実現する 60 GHz 帯のミリ波を用いた超高速通信

3.5 アドホックネットワークの IEEE802.15.3c が発足している［7］．詳細は本特集号

アドホックネットワーク研究は，1970 年代初頭の米の「パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波

軍における無線パケット通信方式の研究が起源とされ技術と標準化活動」
を参照されたい．

る．戦場のような苛酷な通信環境においても，その場限

3.4 センサネットワーク

りのネットワークを一時的に構築し兵士や戦車間での通センサネットワークの研究の起源は，センシング機能

信を可能にすることを目的とし，1990 年代末からルーを備えたデバイスが開発され始めた 1980 年代初頭とさチングアルゴリズムを中心に研究，標準化が活発化してれ，1990 年代末ごろから徐々に実用化が始まった．こいる．端末の移動も想定したモバイルアドホックネット

れまでのセンサネットワークは，工場やビル，車両などワークに関しては，現在も実用化に向けた研究が続けらにおける計測，監視制御などの業務用途が主体であった．

れている．

しかし今後は，防犯･防災や，高齢者などに装着された

アドホックネットワークを定義づける特徴として，

バイオセンサ（体温，脈拍，血圧，血糖値，心電，筋電

・固定的なネットワークインフラが存在しないなどを計測）による医療･健康を目的として，一般家庭な・集中管理機構がない

どコンシューマへの浸透が期待される．RFID との共通

・ネットワークトポロジーが変化（端末の移動，電池点も多いが，図 6 に総務省において検討され 2003 年に切れなど）

マンション等ビル管理
セキュリティ・
安全・快適性向上

都市，自然災害の監視・多数で多様なセンサ等が分散配置
・センサ同士がアドホックネットワークを形成
・ネットワークを通じて様々な状況や環境の情報が連携→高度システム，多彩なアプリケーションが実現
・配線不要による設置コスト等の低減化が可能

プラント，設備
異常監視

解説論文

オーディオに音楽をダウンロードしたり，料金決済も自

構造物
劣化監視

物品の流通管理小特集❶

図6

ユビキタスセンサネットワーク技術の将来の利用イメージ（総務省「ユビキタスセン
サネットワーク技術に関する調査研究会」2004 年度の資料より）

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

51

・マルチホップで通信の比較を示す．

が挙げられる［11］，［12］．インターネットも携帯電話もメッシュネットワークについては，無線 LAN を物理

固定的なインフラをもつため，アドホックネットワーク

網とした独自のインタフェースによるシステムが既に数ではない．

多く製品化されている．この無線 LAN を物理網とする想定される応用を表 10 に示す．通信環境に関して戦

メッシュネットワーク実現のための方式の標準化は，場との類似性がある災害時の利用（携帯電話網の基地局

IEEE802.11s に お い て 進 め ら れ て い る．IEEE802.11sのダウンやトラヒック集中による通話制限を想定）につ

では，アドホックネットワークの機能を MAC 層で実現

いては，既に多くの実証実験が国内外において実施されするための従来の MAC 機能の拡張，ルーチング制御，ている．

QoS 制御（輻輳制御，レート制御），周波数チャネル選択，

アドホックネットワークは，近未来の実用化を想定しセキュリティ，他のネットワークとの相互接続，省電力て移動端末をその制御対象とせず基地局／アクセスポイ化の方式等についての詳細な検討がなされている．2008

ントのみでネットワークを構成するメッシュネットワー

年の早い時期には標準化が終了する予定である．

クと，移動端末も含めノードの移動を前提とするモバイ

モバイルアドホックネットワークが実用化される時点

ルアドホックネットワークに分けられる．表 11 に両者

では，表 10 に示すようにパーソナルエリアネットワー
クとしての機能を駆使した各種のアプリケーションに活

表 10分

アドホックネットワークの主な応用

類

概

要

軍事利用

・戦場における兵士，戦車，戦艦，戦闘機間の通信

災害時の利用・地震，津波，洪水，台風，竜巻が発生した
ときの警察や消防による捜索，救出，緊急通報，避難誘導，被害情報の収集・連絡，復旧活動支援．被災者同士の安否確認

パーソナルエリア ・商品倉庫管理，建設工事現場，農場などにネットワークによ おける各種管理
るサービス
・ショッピングモール，テーマパーク，イベ
ント会場，スタジアム等における P2P 情報配信（広告配信・ナビゲーション等）
・情報家電ネットワークにおける各種機器の制御・端末（携帯電話，PDA，ノート PC，ウェ
アラブル端末）間通信
ITS・車車間通信による事故発生や工事などにお（テレマティクス） ける混雑状況や迂回路情報のリアルタイム
通知，カーナビへの反映
・路車間通信によるサービスエリアのサービ
ス情報配信

表 11

用されることが期待される．更に，DSRC との関係も含
めた，VANET（Vehicular Ad hoc NETwork）と呼ばれる ITS への応用も今後の課題である．

4．パーソナルエリアネットワークの今後の展望と課題
2005 年以降，特に有線ネットワークにおいては次世
代ネットワーク NGN（Next Generation Network）の議
論 が 活 発 に な っ て い る．ITU-T（International Telecommunications Union-Telecommunications Sector）
より，既に Y.2001（NGN の定義）と Y.2011（NGN の参照モデル）の二つの勧告が発行され，アーキテクチャ
や機能構成についても具体的に検討が進められている．
NGN は，移動体通信のオール IP 化に関する検討の中で 仕 様 化 さ れ た IMS（IP based Multimedia Subsystem，IMS は 3GPP 呼称で，3GPP2 では MMD（MultiMedia Domain）に対応）をサービス基盤として図 7 に示

モバイルアドホックネットワークとメッシュネットワーク
モバイルアドホック
ネットワーク利用

52

メッシュネットワーク

当面： 戦場，災害時などの一時的な利用 定常的に利用
将来： 平常時の利用（非標準のネットワークは多く製品化されている）（実用ネットワークはほとんどない）

ネットワークトポロジー 動的に変化

当面は変化を前提としない（基地局 / アクセスポイントのみでメッシュを構成）
独自仕様の製品は多い

物理ネットワーク問わない

無線 LAN を対象として各種方式の標準化が進展（IEEE802.11s），
無 線 MAN（WiMAX） に お い て も 議 論 開 始（IEEE802.16j）

標準化機関

IETF（MANET WG，
AUTOCONFIG WG 等）

IEEE802

実現レイヤ

レイヤ 3（ネットワーク層）

レイヤ 2（MAC 層）

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

2010

解説論文

2005

2015

オールIP化移動

IMS → LTE, SAE
Beyond 3G

移動＋固定

FMC
UMA
OnePhone
BT Fusion

移動＋固定
＋
放送

フェムトセル

FMBC+

ワンセグ → NGN@Home →IPTV
ホームゲートウェイ

FMC：Fixed Mobile Convergence

図7

ユビキタス
通信放送融合センサ/ アドホックネットワーク

FMBC：Fixed Mobile Broadcast Convergence

NGN のロードマップ

すような進展が予想されている．すなわち 2010 年以降と非 IP ネットワークの間の柔軟な連携を可能にするネッ

は，NGN の主要なサービスとして，ユビキタスシステ

トワークアーキテクチャが必要となる［20］
［21］
， ．

ムが挙げられている．

（ 2 ） いっそうのセキュリティ強化

また，今後のユビキタスシステムの進展については，

パーソナルエリアネットワークは，一般には通信距離

総務省などによる調査では，ネットワークに接続されるが短い分情報漏えいの抑制には効果的であるが，それ以端末・デバイス（PC や携帯電話から RFID タグ，セン上にエンドデバイスの数が急速なペースで増加すること

サ，情報家電，車載端末，自律走行ロボット，ウェアラ

により漏えいや傍受の危険性がかえって大きくなる

ブル端末など）の数は，2005 年，2010 年，2015 年にお［22］，［23］． プ ラ イ バ シ ー 保 護，DDoS（Distributed

いてそれぞれ世界で約 108，1010，1012 すなわち 5 年ごと

Denial of Service），情報の改ざん防止を含めたセキュに約 100 倍の割合で増加する，という報告がある［14］．

リティ機能（暗号強度，スケーラビリティなど）の強化が

これらの調査では，一人当り 1 端末･デバイスという求 め ら れ る． 更 に， 無 線 LAN に お い て い く つ か のオーダが 2010 年，その後 2015 年には一人当り 100 端末・

EAP（Extensible Authentication Protocol）が新たに提デバイスということになり，NGN がユビキタスシステ

案され標準化されたように，無線システムにおいては有ムへ対応する時期にほぼ合致する．

線システムと比較して認証機能がより重要になる．夥し

更にその後は，おびただしい数の端末・デバイスがネッ

い数のノードが想定されるユビキタスシステム環境でトワークに接続され，バックボーンの IP ネットワーク

は，EAP を 利 用 す る 現 在 の WPA（Wi-fi Protectedと連携して，人々により幅広くきめ細かな利便性を提供

Access）のような認証システムではスケールしないするものと期待される．しかし，このようなユビキタス

［17］
［24］
， ．そのため，新しい認証技術が求められる．

ネットワーク社会が進化していくための課題について，また，モバイルアドホックネットワークでは，他人の携帯端末を無断で中継ノードとして利用する場合が考え（ 1 ） 柔軟なネットワークアーキテクチャ

られる．中継時には，何らかの形で端末の通信部分の制

RFID や簡易なセンサは，ロボットやウェアラブル端御を行うため，悪意がある場合は端末内に不正アクセス

末に実装されるものも含め，今後小型軽量化，低価格化，を試みることも考えられる．更に端末の電力も消費する．

低消費電力化が進展する．RFID タグは 2010 年で 1 個 1

インターネット上で既に多くの実用サービスが提供され円程度を目標としており，これらの末端のエンドデバイている P2P（Peer-to-Peer）通信の問題と共通するが，スとの通信では IP を使用しないのが一般的となる．この

モバイルアドホックネットワークにおいても，セキュリ

ユビキタス化の傾向はますます進展し，非 IP で接続されティ確保の上で更に，他人の通信のために自分の携帯端るパーソナルエリアネットワーク（時には低価格化の追求

末が中継用に使われる，ということへの社会的認知が必や劣悪な無線通信環境のために低信頼で高遅延のネット

要になる．

ワークになることもあり得る）が著しく増大する．非 IP（ 3 ） 高ノード密度環境にける高信頼通信

ネットワークとバックエンドの IP ネットワークとの連携

多くのセンサ群を接続した大規模センサネットワーク

による，エンドデバイスに関する様々な属性情報の検索

や，災害時などに携帯電話をもった多くの被災者が避難や，エンドデバイスからの読取り情報の解析，そのフィー場所に殺到するようなモバイルアドホックネットワー

ドバックなどが重要であり，疎に密に，IP ネットワーク

ク，更に利用者が多くのウェアラブル端末を装着した場

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

53

小特集❶

筆者の考えとして以下が挙げられる．

合などにおいては，ノードの密度が高く短距離間の通信が同時に多数発生する．一定以上のノード密度，通信発
生頻度になると干渉などによりパケット損失率が著しく増大し，正常な通信がほとんどできなくなるという報告もある［14］．このような環境でも，コグニティブ無線
［25］
［26］
， などの技術も駆使し干渉などを抑制し，パケッ
ト到達率を高めるような通信制御方式が重要となる．
（ 4 ） 小型軽量大容量電池と低消費電力デバイス，効率的なスリープ制御，低消費電力プロトコルの開発
小型軽量大容量電池と低消費電力デバイス，効率的なスリープ制御に対する要請は，パーソナルエリアネット
ワークに限らず，組込みシステムをはじめ多くのシステ
ムにおいて共通の課題である．しかし，ユビキタスシス
テムが，「人々に見えないあるいは意識しないところでき
め細かなサービス，情報を提供する」ためには，これらの低消費電力化に向けたいっそうの技術開発が求められる．
また，アドホックネットワークでは，エンド・エンドの経路を発見するために制御パケットをフラッディング（制御パケットを受信したノードが次々に隣接するノード群にブロードキャスト）する必要があり，最大 5 ホッ
プ程度の小規模なネットワークでも，一つのエンド･エンドの経路を発見するのに数百オーダの制御パケットが通信される［14］．更に，端末の移動が激しい場合は，経路の切断が頻繁に発生するため再経路構築のためのフ
ラッディングの頻度が高くなり，各端末の電力が大量に消費される．消費電力を極力抑えたフラッディングベー
スのルーチングプロトコルや MAC プロトコルなどの開発が重要となる．
文

献［1］ M. Weiser, “The computer for the 21st century,” Scientific
American, pp.66 ─ 75, Sept. 1991.
［2］ 阪田史郎， ユビキタスシステムの中核となる無線ネット
ワークの最新技術と将来動向， ITU ジャーナル，pp.44 ─

50, Nov. 2005.

［3］ 阪田史郎， ワイヤレスネットワークの最新技術と将来展望
─ IEEE 無線規格の全貌， アイティメディア，Oct. 2005
〜 July 2006. http://www.atmarkit.co.jp/fnetwork/rensai/
ieee01/01.html 〜 http://www.atmarkit.co.jp/fnetwork/

rensai/ieee10/01 html

［4］ 酒井五雄， パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ， 信 学 通 誌，vol.1, no.2, pp.55 ─ 61, Sept.

2007.

［5］ 阪田史郎（編著），UWB/ ワイヤレス USB 教科書，インプレ
ス，2006.
［6］ 福永 茂， パーソナルエリアネットワークを実現する技術
─ ZigBee®， 信学通誌，vol.1, no.2, pp.62 ─ 73, Sept. 2007.
［7］ 荘司洋三，原田博司，加藤修三，豊田一彦，高橋和晃，川崎研一，池田秀人，大石泰之，丸橋建一，中瀬博之，安藤真 パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術 と 標 準 化 活 動， 信 学 通 誌，vol.1, no.2, pp.92 ─ 102,

Sept. 2007.

［8］ 原 晋介， 標準化動向─ IEEE802.15 を中心として， 信学
通誌，vol.1, no.2, pp.103 ─ 107, Sept. 2007.
［9］ 阪田史郎，嶋本 薫（編著），無線通信技術大全，リックテ
レコム，2007.
［10］ T. G. Zimmerman, “Personal area networks: Near-field

54

intrabody communication,” IBM Systems J., vol.35, no.
3/4, pp.609 ─ 617, Oct. 1996.
［11］ M. Shinagawa, M. Fukumoto, K. Ochiai, and H. Kyuraji, “A
near-field-sensing transceiver for intra-body communication based-on the electro-optical effect,” IMTC 2003,
pp.296 ─ 301, 2003.
［12］ 服部 武，藤岡雅宣（編著），ワイヤレス･ブロードバンド
─ 高速 IP ワイヤレス編，インプレス，2006.
［13］ 阪田史郎，青木秀憲，間瀬憲一， アドホックネットワークと 無 線 LAN メ ッ シ ュ ネ ッ ト ワ ー ク， 信 学 論（B），vol.
J89-B, no.6, pp.811 ─ 823, June 2006.
［14］ 間瀬憲一，阪田史郎，アドホック・メッシュネットワーク
─ユビキタスネットワーク社会の実現に向けて，コロナ社，
2007.
［15］ C. S. R. Murthy and B. S. Manoj, Ad hoc Wireless
Networks, Prentice-Hall, 2004.
［16］ 根日屋英之，小川真紀， ワイヤレスブロードバンド技術─
IEEE802 と 4G の 展 開，OFDM と MIMO の 技 術， 東 京 電機大学出版局，2006.
［17］ 阪田史郎（編著），ユビキタス技術 無線 LAN，オーム社，
2005.
［18］ 阪田史郎（編著），ユビキタス技術 センサネットワーク，
オーム社，2006.
［19］ 安藤 繁，戸辺義人，南 正輝，田村陽介，センサネット
ワーク技術，東京電機大学出版局，2006.
［20］ 阪田史郎，高田広章（編著），組込みシステム，情報処理学会（編），オーム社，2006.
［21］ 阪田史郎， Web の新潮流─ Web2.0 とネットワーク技術動向， 信学通誌，vol.1, no.1, pp.50 ─ 66, June 2007.
［22］ 阪田史郎， ユビキタスネットワークにおけるモバイルセキ ュ リ テ ィ， 信 学 誌，vol. 87, no.5, pp.424 ─ 432, May
2004.
［23］ 阪田史郎（監修），オンライン詐欺に関するユーザー調査，
ブロードバンド推進協議会，2006.
［24］ J. Edney and W. A. Arbaugh, Real 80211 Security: Wi-fi
Protected Access and 802.11i, Addison-Wesley
Professional, 2004.（加藤聰彦（監訳）無線 LAN セキュリティ─ IEEE802.11i と WPA の実際，共立出版，2006.）［25］ J. Mitola and G. Q. Maguire, “Cognitive radio: Making
software radios more personal, ” IEEE Pers. Wirel.
Commun., vol. 6, no. 4, pp.13 ─ 18, Aug. 1999.
［26］ 原田博司， コグニティブ無線─ NiCT における研究開発成果 よ り， ITU ジ ャ ー ナ ル，vol.37, no.2, pp.33 ─ 37, Feb.
2007.
（平成 19 年 4 月 2 日受付，5 月 7 日再受付）

阪田 史郎（正員）▶昭 47 早大・理工・電子通信卒．昭 49
同大大学院修士課程了．同年 NEC（日本電気）入社．以来，同社中央研究所にてイ
ンターネット，マルチメディア通信，モバ
イルコンピューティング，ユビキタスシス
テム等の研究に従事．工博．平 9 同社パー
ソナル C&C 研究所所長，平 11 同社インターネットステム研究所所長．平 9 〜 11
奈良先端科学技術大学院大学客員教授，平 9 〜 11 情報処理学会
理事．平 13 情報処理学会フェロー．平１5 〜 17 本会企画理事．
平 16 〜 18 情報処理学会監事．平 19 より本会評議員，平 16 より千葉大学大学院教授．「マルチメディアシステム」（昭晃堂），「モ
バイルコンピューティング」（アスキー出版），「インターネットと
QoS 制御」（裳華房），「インターネット・プロトコル」，「ユビキタス
技術 無 線 LAN」，
「組込みシステム」（オーム社），「ワイヤレス・
ユビキタス」，「情報家電プロトコル」，「ZigBee センサネットワー
ク」（秀和システム），「無線通信技術大全」（リックテレコム），「アド
ホックネットワークとメッシュネットワーク」（コロナ社）ほか著
書・共著書 30 余．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

解説論文

パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

A Technology that Realize the Personal Area Network̶Bluetooth̶

酒井五雄

†

Itsuo Sakai†

Summary

する」とも記述されている．
前述の白書で列挙されているネットワークの中で，Bluetooth は半径 10 メートル程度の比較的近距離の無Bluetooth は 2.4 GHz 帯域を使用する「パーソナルエリ

線通信を実現する技術である．また比較的近距離のネッ

アネットワーク」（後述）のための近距離無線規格で，1998
年 4 月に 1 Mbit/s の伝送速度をもつ基本仕様が発表されトワークは一般に「パーソナルエリアネットワーク

た．本論文では Bluetooth のハードウェア，ソフトウェアの基本構成及び動作を説明し，「だれでも手軽に使うことを目指した無線規格」としての観点から，無線 LAN との競合回避，接続時間の短縮及び伝送速度高速化というこれまでの仕様更新の要点に関して述べた後，将来に向けた Bluetooth の動向を紹介する．

Key words（Personal Area Network）」と呼ばれ，この用途に使われる無線技術としては Bluetooth のほかに Zigbee が国
際標準規格として実用化されている．表 1 に「ローカル
エリアネットワーク（Local Area Network）」用途とされている IEEE802.11b/g 規格の無線 LAN を加えた 3 方式の概要比較を示す．Bluetooth の伝送速度は Ver 1.1
で 1 Mbit/s であるが，後述する EDR モードなどで 2
Mbit/s，3 Mbit/s を実現する．
情報機器分野では IEEE802.11b 規格の無線 LAN がユビキタス，Bluetooth，パーソナルエリアネットワーク，

1990 年代後半から事務所等の業務用途で使われている．

ISM，UWB

一方 1998 年 4 月に，Bluetooth と呼ばれる近距離無線技
術が発表され，翌年 7 月に仕様が一般公開された．仕様

1．ま え が き
平成 16 年版情報通信白書の第 4 節「ユビキタスネット
ワーク社会の実現と課題」の中で，「ユビキタスネット
ワーク社会とは，『いつでも，どこでも，何でも，誰でも』策定当初から民生機器搭載を目的として，低コストや低消費電力を重視していたため，情報機器や携帯電話をはじめとする関係業界が注目した．
本論文では最初に Bluetooth の要素技術について，次
いで技術的変遷の概要と今後の動向について述べる．

ネットワークにつながることにより，様々なサービスが2．Bluetooth のハードウェア，ソフトウェア技術提供され，人々の生活をより豊かにする社会である」と定義されている．更に「ユビキタスネットワーク社会で

2.1 ハードウェア

は，ADSL，FTTH 等のブロードバンド回線，第 3 世
ネットワークが多様化し，端末においてもテレビ，冷蔵
庫や洗濯機等の家電がネットワークにつながり，電子タ
グ等の小型チップが様々なものに付けられるなど多様化†（株）
ビーテーキュー，東京都
BTQ Corporation, Tokyo, 110-0005 Japan

Bluetooth は最初から量産機器への搭載を目指しているため，高周波部を歩留り良く集積化できる周波数と出力を選択することが低コスト化に重要であった．同時に伝送速度を稼ぐためには高い周波数帯域での動作が求められる．また広く民生機器に搭載されるためには無線局免許の不要な帯域が求められる．これらの条件を満足する解として国際的に工業・科学・医療分野に割り当てら

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

55

小特集❶

代携帯電話，無線 LAN，ブルートゥース（Bluetooth）等，

表1
項 目
主たる用途
最大伝送速度（Mbit/s）

表2
項Bluetooth と他の無線方式の概要比較
Bluetooth

ZigBee802.11b/g

データ通信
音声通信

モニタリング制御

有線 LAN のコードレス化

1, 2, 30.25

11, 54

接続ノード数

7

64000

32（推奨値）

伝送距離（m）

Class 1：30 〜 100Class 2：3 〜 1030 〜 100

30 〜 100

電池寿命

○

◎

△

搭載製品

携帯電話
ハンズフリー機器
携帯プレーヤセンサ
リモコン

ノートパソコン
PDA

規格名称

IEEE802.15.1

IEEE802.15.4

IEEE802.11b
IEEE802.11g

Bluetooth の主要緒元（Ver 1.1）

目

仕 様

使用周波数

2.402 〜 2.480 GHz

空中線出力Class 1：1 mW 以下，
Class 2：1 〜 4 mW
Class 3：4 〜 100 mW

変調方式

周波数ホッピングスペクトル拡散方式（一次変調：2 値 FSK 方式）

ホッピング速度

毎秒 1600 回

ホッピングチャネル

79 チャネル

最大実効伝送速度

対称通信モード ：433.9 kbit/s
非対称通信モード：723.2 kbit/s＋57.6 kbit/s

個体識別 ID(1 MHz 間隔 )48 bit

ンジは電源を半波整流した 50 Hz または 60 Hz の周期で外部空間へわずかな電波が漏えいするとともに，加熱対象物やその量によってスペクトルが変動する．このため，電子レンジを使っている近傍では特定のチャネルでのデータ転送は失敗するが，誤り再送手法によってエラーフリー伝送を実現する．
変調は通常 2 段階で行われ，まず低い周波数で FSK（Frequency Shift Keying）変調（一次変調）を行う．FSK
変調方式とは搬送波 fc を中心に，周波数偏差 Df を加えた（ f c ＋ Df ）を論理「1」，同じく減じた（ f c − Df ）を論理｢0｣ と定義するものである．なお，変調速度は 1 bit/msである．次に，可変周波数発振器で所定の出力周波数から f c を減じた第 2 搬送波を発生させ，これと一次変調
出力とを混合器を通して合成する（二次変調）．この可変れている 2.4 GHz 帯で，集積回路外に終段パワーアンプ

周波数発振器は，625 ms ごとに合成後の出力周波数がの付加が不要な出力 1 mW という基本仕様が決められ

2.402 GHz から 2.480 GHz の 1 MHz ステップとなる周た．Bluetooth の無線部の主要緒元を表 2 に示す．

波数をベースバンド処理部（後述）からの指示で発生す無線部は 2.402 GHz から 2.480 GHz まで，1 MHz ス

る．空中線出力は標準タイプで 1 mW，コードレス電話

テップの 79 チャネルを用いる FH（周波数ホッピング）

親機のように据置機器用には高出力タイプとして送信出タイプの SS（スペクトル拡散）方式が採用されている．

力制御付きの 100 mW まで，更に 1 mW 未満の 3 クラ

この方式は，ある一定時間ごとに送受信の Bluetoothスが規定されている．これらの値は日本では無線局免許

機器間で，79 のチャネルをランダムに切り換えて通信及び無線従事者免許が不要ないわゆる特定小電力機器のすることにより，ある程度長い時間で見ると広い帯域に範囲内となっている．

スペクトルを拡散できる．79 チャネルの切換順序とタ

実用使用範囲は標準タイプで半径 10 m 程度を想定しイミングが一致した送信装置と受信装置間で連続したている．そして，最大実効伝送速度は対称通信モードでデータ伝送が可能となる．

433.9 kbit/s，非対称通信モードで 723.2 kbit/s と 57.6

Bluetooth では毎秒 1600 回というこれまでに例を見kbit/s である．また，音声伝送モードとして 64 kbit/s

ない高速ホッピングが採用され，同じ周波数帯域の他のが規定されている．また，Bluetooth モジュールの個体システム，例えばホッピング周期が毎秒 50 回の FHSS

識別には IEEE802 で規定・管理されている MAC アド方式の無線 LAN 等との競合によるデータ欠落を小規模レスが製造段階で組み込まれて ID（Identification）としに分散させることができる．これにより，両者が同時て用いられる．

に使われても若干のパフォーマンス低下で使用が可能となる．
また家庭などでは電子レンジが妨害源となる．電子レ

56

Bluetooth は図 1 のように 2.4 GHz 無線部，ベースバ
ンド処理部，リンクマネージャの 3 機能ブロックから構成されるモジュールが，高周波特性を管理されて供給さ

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

図1

ベースバンド処理部

スレーブ 1

リンク
マネージャ

解説論文

2.4 GHz
無線部

スレーブ 2

スレーブ 7
スレーブ 3マスタ

Bluetooth モジュール
スレーブ 6

スレーブ 4

スレーブ 5れ，多くの機器はこのようなモジュールを搭載している．
当初は無線部はアナログ IC，他の 2 機能ブロックはソフトウェアで処理するための MPU（Micro Processor

図2

ピコネット

Unit）ベースのセミカクタム IC，そしてプログラム格納のための ROM の 3 チップで構成されていた．2001 年

Standby

末あたりから 2.4 GHz 無線部にも対応できるアナログ
ディジタル混在プロセスでの量産化が主流となって，1個の IC と ROM（Read Only Memory）から構成される

Inquiry

小型化モジュールが一般化した．

Page

2.2 ピコネット（Piconet）
電波という目に見えない通信路を不特定多数の機器でTransmit

有効に使うためには，割当周波数内で互いに独立した複数の通信路として多重利用する仕組みが必要となる．

図3

FHSS 方式ではホッピング周波数の切換順序とそのタイ

Connect

Bluetooth の状態遷移（マスタ側）

ミングが一致することで 1 組の無線機器の通信路が形成される．FHSS 方式で周波数帯域を多重化利用するため

レーブの同時応答による電波の衝突発生を低減していには，複数のホッピングチャネル切換パターンを決めて，る．更に同じ受信チャネルの複数の Bluetooth 機器がマ干渉距離にある対向機器ペア間では異なる切換パターン

スタの呼びかけに応答する場合を想定して，それぞれ内を設定することが考えられる．しかしこれは固定設置機部で発生した乱数によって応答タイミングを遅延させる器が主体の無線方式では許容できても，携帯情報機器とことで，衝突確率を低減する仕組みとなっている．
マスタ機器は一定時間このような「Inquiry（探索）」動

適さない．このため Bluetooth では「ピコネット」と呼作を行ってリスト表示する．使用者はその中から接続すばれる独創的な手法で通信路を形成する仕組みを備える機器を最大 7 台まで指定できる．このようにしてマスている．

タ機器は最大 7 台のスレーブ機器との間で「ピコネット」「ピコネット」では，図 2 のような 1 台のマスタと 7 台を形成する．スレーブ機器は，マスタ機器からビーコン

までのスレーブから構成される機器群が共通の通信路をと呼ばれる信号を受信しており，常に送受信に備えて内用 い る ネ ッ ト ワ ー ク と な る． 電 源 投 入 後， す べ て の部クロックをマスタ機器に同期させている．また，マス

Bluetooth は「Standby（待機）」状態で定められたチャネ

タ機器の指示によってピコネットの状態を保持して低電ルを受信している．ここである機器の Bluetooth がその力待機モードに遷移させることができる．3 種類の低電上位のシステムよりマスタとしての設定がなされると，力待機モードはどれも動作停止状態から内部タイマで一図 3 に 示 す よ う に マ ス タ は 周 囲 の Bluetooth を 探 す

定期間ごとにビーコン及び復帰コマンドの受信動作のみ「Inquiry」動作を行う．定められたパケット構造により，を行い，自己への呼びかけがなければ再度動作停止状態

これを認識した Bluetooth はマスタに対して自己の IDに戻ることを繰り返すもので，受信復帰までの周期が長（ 固 有 ア ド レ ス ） 情 報 を 送 る． な お こ の 際， 個 々 のい順に「Park」「Hold」「Sniff」が定義されている．当然，Bluetooth は電源投入時からの内部クロックカウントを間欠的な受信動作が長いほど平均消費電力値は低くなもとにして受信チャネルを決定している . このため，マる．このように 3 種類の低電力待機モードを規定するこスタが送信チャネルを切り換えて「Inquiry」動作を繰りとで，マスタ機器側のアプリケーションプログラムに返す際に，マスタの送信チャネルと待受け受信チャネル

よって，最も適した選択ができるように配慮されている．

が一致したスレーブだけが，その送信チャネルに対応し2.3 セキュリティ

た応答タイミングで応答する．このように受信チャネル

マスタ機器がピコネット上のスレーブ機器に対して通を分散させることで，マスタの呼びかけに複数のス

信を最初に始める場合は，「Page（呼出し）」モードに

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

57

小特集❶

いう持ち運ばれるものへの搭載を目指す Bluetooth にはよって特定のスレーブ機器を指定する．このモードではマスタ機器から乱数を送り，スレーブ機器はこれと自己

3 Bluetooth の変遷の ID とを定められたアルゴリズムで演算する．こうして得られた結果をマスタ機器に送り返し，同時にマスタ

3.1 AFH（Adaptive Frequency Hopping）

機器においても送信した乱数とリストに登録されたス

IEEE802.11b/g 規格の無線 LAN は Bluetooth と同じ

レーブ機器 ID を用いて同じアルゴリズムで生成された周波数帯域に中心周波数 2412 MHz から 6 MHz 間隔で結果と照合してスレーブ機器の認証を行う．ここで重要

11 チャネル（日本では旧 ISM 帯域と連結使用すれば 14

なのは，ID はユーザレベルでは書換えできないことと，

チャネル）を使用している．近くに設置された互いに独

乱数や演算結果はアプリケーションなどの上位システム

立した無線 LAN 機器システムは，最低 5 チャネル離れから読み取る，あるいは書き換えることができないため，たチャネルを使わないと，無線 LAN システム間での周認証の安全性が確保されている点である．

波 数 競 合 が 発 生 す る． 一 方 初 期 の Bluetooth は 無 線

この認証に成功すると「Connect（接続）」モードを経て図 3 の状態遷移図の「Transmit（送信）」モードに移行

LAN との間で，すべての無線 LAN チャネルにおいて周波数競合が発生した．

する．この際，伝送データを保護するための暗号化伝送

そこで 2003 年 11 月に特定のチャネルを避けてホッピもマスタ機器のアプリケーションによっては指定可能でングする AFH（Adaptive Frequency Hopping）機能をある．暗号鍵としてはマスタ機器から送られる 128 bit

盛り込んだ Bluetooth 仕様 V1.2 が発表された．

の初期コードと通信ごとの乱数及びスレーブ機器 ID を

AFH は，Bluetooth の 79 ホッピングチャネルの特定定められたアルゴリズムで演算した結果を用いる．このチャネルだけを使って通信を行う機能である．使用チャ

結果，個々のスレーブごとのみならず同じスレーブ機器

ネル決定の具体例としては，使用者がマスタ機器側のに対しても「Connect（接続）」を経るごとに新しい暗号

ユーティリティに無線 LAN で使っている周波数または鍵が生成されて，データのセキュリティを確保している．

チ ャ ネ ル を 入 力 す る こ と で， そ れ を 避 け る よ う に「Transmit」モードでは図 4 に示すようにホッピング

Bluetooth の使用チャネルを決める方法が製品化されて周期 1600 回／秒の逆数である 625 ms がフレームと呼ばいる．

れる基本単位となっている．前述のとおり，フレームご

従来は 2402 MHz から 2480 MHz までの 1 MHz おきとに 79 チャネルのうち，一つのチャネルが切り換えての 79 チャネルを，仕様に基づいた擬似的にランダムな利用される．伝送内容は用途によって様々なため，図 4

チャネル切換（ホッピング）パターンで通信した．使用周に示す 1 フレーム／パケットの伝送パターンのほかに，3波数チャネルすなわちホッピングパターンは全帯域を均

フレーム／パケット，5 フレーム／パケットの合計 3 種類

一に利用するため，無線 LAN との周波数競合が起こっが定められている．表 1 の最大伝送速度及び表 2 の最大て互いにパフォーマンスが下がることがあった．

実効伝送速度は 5 フレーム／パケットの場合に得られる．

仕 様 V1.2 の AFH 機 能 に よ れ ば， 無 線 LAN とパケット長は，長ければ長いほど伝送速度は向上する

Bluetooth 機器との周波数競合を避けることができる．

が，一方で誤り環境下では誤り検出によるパケット再送

図 5 に AFH 動作させた Bluetooth の出力波形をスペク頻度が高くなり，実効伝送速度が著しく低下する．このト ル ア ナ ラ イ ザ で 測 定 し た 一 例 を 示 す． ま た 図 6 にため，マスタ側アプリケーションプログラムが常に伝送

IEEE802.11b 規格の無線 LAN の出力測定例を示す．ど

品質を監視することによって，その状態で最も実効伝送

ちらも横軸は中心周波数が 2.441 GHz で表示間隔が 10速度を高くできるパケット長に切り換えて使うのが効果

MHz/div である．

的である．

図 5 の例では，空いているように見える中央部分は，無線 LAN のためにホッピングを避けるようチャネル設
定して動作させている．図 6 と対比させて見れば，両者f (k)f (k +1)の動作周波数が分離されているのが分かる．
使用を避けるチャネルが増加すると，Bluetooth がデータ伝送に使うチャネルが減る．しかし，周波数ホッマスタ

ピング方式のスペクトル拡散方式が成立するためにはあPacketる程度のチャネル数が必要である．Bluetooth では最低ホッピングチャネルを 20 としている．

スレーブ

図 7 に 無 線 LAN と の 周 波 数 共 用 例 を 示 す． 無 線

625 µs

図4

58

f (k +2)

LAN を同一空間で最大限利用する場合，周波数競合を送信タイミング

避けるために無線 LAN チャネルを 1，6，11 に設定す通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

図5

AFH 動作させた Bluetooth の出力

図6IEEE802.11b 規格の無線 LAN の出力

Worst Case での Bluetooth の実使用チャネル
無線 LAN Ch.1

2.400

2.410

2.420

図7

無線 LAN Ch.6

2.430

2.440

無線 LAN Ch.11

2.450

2.460

2.470

2.480 GHz

複数の無線 LAN システムと空き周波数領域る必要がある（3 システム同時利用）．この場合，各無線
LAN チャネルの間，及びチャネル 11 よりも高い周波数帯域に未使用部分があり，これらの合計が約 20 チャネ

Inquire

ルとなる．

f1 f2
Tx

f3 f4

f7 f8

f3 f4

f5 f6

Rx

更に FCC247.15 及び欧州の EN300328 規格で周波数
ホッピング方式のスペクトル拡散方式の必要要件として

f5 f6

Back Off Time
Scannerf4

最低ホッピングチャネル数がそれぞれ 15，20 と定めら

f4
First FHSれていることから，両規格を満たす値として 20 が採用

図8されている．

Inquiry への応答タイミング

3.2 接続時間短縮機能

下では仕様 V1.1 以前の機器の接続時間より短縮され（ 1 ） First FHSる．

Bluetooth 仕様 V1.1 以前では，最初に周りの Bluetooth（ 2 ） インタレースドスキャン

機器の存在を探索する「Inquiry」パケットを認識しても，

Bluetooth は Inquiry 過程では特定の 32 チャネルを使

その直後の応答スロットでは応答が保留されていた．こうことが仕様で定められている．そして電源が投入されれは多くの Bluetooth 機器の存在を想定し，各機器が内た Bluetooth 機器はその 32 チャネルのうち，内部パラ部で発生させた乱数に定数を掛けた時間後の応答スロッメータから仕様に基づいて算出した特定の 1 チャネルでトで応答することで，応答タイミングを分散させるのが間欠受信を行っている．
一方，Inquiry を行う Bluetooth 機器は仕様に基づいねらいであった．

て 32 チャネルの並べ換え処理を行い，並び順で前半（A）

スロットにも応答を許すことで，応答する Bluetooth 機と後半（B）の 2 群に分ける．そして仕様 V1.1 以前では，器が少ない場合の応答時間短縮を図った．仮に複数の

図 9 のように 2.56 秒ごとに片方の群を繰り返し続けて

Bluetooth 機器が同時に応答して衝突しても，各機器が送出した．このため，たまたま A 群に属するチャネル

内部で発生させた乱数に定数を掛けた時間後の応答スで受信している Bluetooth 機器は最初の 2.56 秒の間にロットへの応答を複数回繰り返す．したがって同じ条件

検索パケットが受信できる．しかし反対に，B 群に属す

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

59

小特集❶

しかし仕様 V1.2 では図 8 に示すように，最初の応答

1 train (10 ms)
f1 f2
Tx

f3 f4

f5 f6

…

A A B B B

+90
f13 f14f7 f8

f15 f16

+45

+135

Rx

A A A

Train A set (2.56 s)

図9

…

0

+180
B B A A A

Train B set (2.56 s)
+315

+225

仕様 V1.1 以前のスキャン方式

+270

図 11

1 train (10 ms)
f1 f2
Tx

f3 f4

f5 f6

f7 f8

f13 f14f15 f16

r/4 シフト DQPSK 変調

Enhanced Data Rate の略で，V1.2 以前の仕様のデータ伝送速度 1 Mbit/s を改善したことを意味するネーミン

Rx

グである．
A B A

…

A B A B A

Train A set (2.56 s)

図 10

…

A B A B A

Train B set (2.56 s)

仕様 V1.2 のインタレースドスキャン

こ の 伝 送 モ ー ド は こ れ ま で の Bluetooth 仕 様 V1.1，
及び V1.2 と接続互換性を保持している．
そのため，
探索，
接続及びデータ送信パケットのヘッダ部分は従来と同じ
2 値 GFSK 方式で変調する．あらかじめネゴシエーショ
ン段階で互いに V2.0 + EDR 対応 Bluetooth と確認できるチャネルで受信している Bluetooth 機器は最初の 2.56

た場合には，ペイロードと呼ばれるデータ通信ブロック

秒の間には絶対に検索パケットを受信できない．

だけを r/4 シフト DQPSK 変調で送受信する．

それに対して仕様 V1.2 では図 10 に示すように A，Br/4 シフト DQPSK は 4 値の位相変調方式で，図 11の 2 群のチャネルを交互に使用して検索パケットを送に示すように位相偏移は± r/4 あるいは± 3r/4 となる．このため A 群及び B 群のどのチャネルも最初のる．また，図の中心部の矢印のように，位相が r/4a ず

2.56 秒で検索パケットの送出に使われる．したがってい

れた 2 組の変復調ポイント（0°, 90°, 180°, 270°）と（45°,かなる受信チャネルで待機している Bluetooth 機器でも135°, 225°, 315°）を交互に使って（0, 0）から（1, 1）の 4 値

早い段階から待機チャネルでの検索パケットが送出されに 対 応 さ せ る． こ の 複 雑 な 手 順 の 見 返 り に， 単 純 なる．

DQSPK に比べ，変調後及び復調前の増幅回路の直線性

ここで仕様 V1.1 の機器との接続高速化効果を考えてなど諸性能への要求が緩和される．

みる．First FHS を「送出」できるのは仕様 V1.2 以降の（ 2 ） D8PSK による 3 Mbit/s 伝送モード

Bluetooth 機器であるが，First FHS の「受信」は全仕様

この伝送モードでも 2 Mbit/s 伝送モードと同様，ペで可能である．したがって探索側が仕様 V1.1 以前の機イロードと呼ばれるデータ通信ブロックだけを必要に応種であっても応答側機器が仕様 V1.2 以降のものであれ

じ て D8PSK 変 調 で 送 受 信 す る こ と で， こ れ ま で のば，First FHS による応答及び接続の高速化の恩恵が受Bluetooth 仕様 V1.1 及び V1.2 と接続語互換性を保持しけられる．一方インタレースドスキャンは送出側が仕様ている．この D8PSK は図 11 で示した 8 個の変調ポイ

V1.2 でなければ対応できないが，受信側は仕様 V1.1 以

ントを（0, 0, 0）から（1, 1, 1）の 8 値に対応させる変調方前のものでも恩恵が受けられる．

式である．

このように仕様 V1.2 の First FHS とインタレースド

Bluetooth の ロ ゴ 認 証 規 定 で， 仕 様 V2.0 + EDR は

スキャンの両方を用いれば，送受どちらが旧仕様であっ

r/4 シ フ ト DQPSK に よ る 2 Mbit/s 伝 送 モ ー ド の サても応答及び接続高速化機能の一方の恩恵を受けること

ポートは必須項目となっている．一方 8DPSK による 3ができる．

Mbit/s 伝送モードはオプション（任意）項目と規定され

3.3 データ伝送速度の高速化ている．

（ 1 ） r/4 シフト DQPSK による 2 Mbit/s 伝送モード（ 3 ） 仕様 V2.0+EDR に向いた用途

かねてから Bluetooth のデータ伝送速度の向上を望む

r/4 シフト DQPSK による 2 Mbit/s 伝送モード及び声 は 強 か っ た． こ れ に こ た え て 2004 年 11 月 に

D8PSK による 3 Mbit/s 伝送モードは，今後の音声・音Bluetooth 仕 様 V2.0+EDR が 発 表 さ れ た．EDR は楽応用製品で伝送品質の向上に寄与するものと期待され

60

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

SCO
Audio

Video/
HiFi Audio

RF CommInternet

Printing/
Imaging

Business Card
Exchange

File Transfer

HID

Cars

Headsets

Service
Discovery
SDP

PAN

AVP

L2CAP
Link Manager

楽伝送用途には現状の伝送速度で十分実用に供することが可能なためである．
しかし今後は動画像伝送機器のワイヤレス化が期待さいるが，Bluetooth では UWB との融合で解決を図ってConvergence
UWB MAC

Bluetooth RFUWB PHY

図 12

テムで，既に身近な存在となっている．これは音声・音れている．この要求は様々な無線規格に広く求められてBluetooth Baseband

Bluetooth

携帯電話，自動車搭載オーディオ／ナビゲーションシス

解説論文

HID

に紹介した．今日の主要な Bluetooth 機器の応用分野はBluetooth or UWB

いる．1 日も早く Bluetooth V3.0 仕様が完成し，それを搭載した製品の実現が待たれる．
文
UWB

Bluetooth と UWB の融合概念図ている．もちろん通常のデータ伝送でも，伝送速度が速いことがよいのはいうまでもない．
この伝送モードによって単位時間当りの伝送量が増加するため，携帯電話と外部機器との間のマルチプロファ

献［1］ 総務省（編），平成 16 年版情報通信白書，July 2004.
［2］ Bluetooth SIG, “Bluetooth core specification V1.1,” Nov.

2002.

［3］ Bluetooth SIG, “ Bluetooth profile specification V1.1, ”

Nov. 2002.

［4］ Bluetooth SIG, “Bluetooth version 1.2 core specification,
Volume 2,” Nov. 2003.
［5］ Bluetooth SIG, “Qualification program reference document, Revision 1.0,” Feb. 2002.

イル接続（例えば音声通話とデータ通信または音楽伝送（平成 19 年 3 月 26 日受付，6 月 5 日再受付）の同時送受信）も可能となった．

4．今後の動向
4.1 Bluetooth と UWB との融合
Bluetooth の 技 術 面 で 今 後 期 待 さ れ る の は UWB（Ultra-Wideband）とのコラボレーションである．発表

酒井 五雄▶ 1976 名古屋大学大学院工学研究科電気専攻修士課程了．同年（株）東芝入社．パソコン，日本語ワードプロセ ッサ，PHS 内蔵 PDA 等の開発を経て現在（株）ビーテー
キューヘ出向中．

された資料によると既存の Bluetooth の最下位層部分に，Multiband-OFDM Alliance（MBOA）が推進している MB-OFDM（MultiBand Orthogonal Frequency
Division Multiplexing）方式の UWB 無線部を追加した
図 12 に示す構造となっている．
これによると，従来仕様の Bluetooth 機器とは完全互換を保ちつつ，UWB の下位層を有する Bluetooth 機器
間 で は デ ー タ 伝 送 量 の 比 較 的 多 い 用 途 で， 既 存 のBluetooth プロファイルを UWB にも使うことを目指していることが読み取れる．
Bluetooth SIG では，Bluetooth と MB-OFDM 方式の
UWB との融合を実現するための技術的検討グループ
で，既存の仕様を最大限生かすことを念頭に置いて仕様改定作業を行っている．Bluetooth と MB-OFDM 方式の UWB との融合規格は Bluetooth V3.0 と名づけられ，小特集❶

2007 年末に仕様書ドラフト版が公開される予定となっ
ている．

5．む す

び

本論文で Bluetooth の生い立ちから今後の動向を簡単

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

61

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

パーソナルエリアネットワークを実現する技術
─ ZigBee ─

ZigBee ─ Wireless PAN Technology ─

福永 茂

†

Shigeru Fukunaga†

Summary

小型無線デバイスに搭載するのはセンサだけでなく，いくつかのタイプがある．以下にいくつかの小型無線デバイスのタイプの例を示す．

パーソナルエリアネットワークのうち，特に低消費電（ 1 ） センサ搭載タイプ

力，低コストが要求されるユビキタスセンサネットワー
クの標準無線方式として，ZigBee の解説を行う．まずユ

最も多いのは，センサを搭載するタイプである．

ビキタスセンサネットワークの概要を示し，ZigBee とその温度を多くの場所で観測して，山火事の発生を予測すの下位レイヤの国際標準である IEEE802.15.4 の解説を行う．

Key words
ユビキタスセンサネットワーク，ZigBee（注 1），IEEE802.15.4，
低消費電力，低コスト

例えば，温度センサを搭載したデバイスにより，野山るシステムや，火災検知用の温度センサ，煙センサや，侵入検知用の赤外線センサなどを搭載したデバイスを家
庭内に複数設置して，ホームセキュリティを実現する応用例が考えられている．
（ 2 ） アクチュエータ搭載タイプ
機器を制御するためのアクチュエータを搭載するタイプもある．センサ搭載タイプと組み合わせて，センサでとらえた情報により，機器をコントロールすることが可

1．ま え が き能となる．例えば，オフィスに数 m 間隔で温度センサ

1.1 ユビキタスセンサネットワークの概要

理するとともに，空調の吹出し口に風向や風量を制御す

いつでも，どこでも，目的の情報に対して，好みの形でアクセスすることができるユビキタスネットワーク社
会の実現に向けて，ユビキタスセンサネットワークが注目されている．
ユビキタスセンサネットワークとは，通信インフラを必要とせず，至る所に設置した多数の小型センサデバイ
スから収集した情報をもとに，新しい機能やサービスを実現するものである．センサデバイスには近距離通信の無線装置が組み込まれており，アドホックにデバイス同士が直接やり取りをすることでネットワークを構成して，センサが観測したデータをマルチホップに集めるこを設置し，従来よりも小さいエリア単位で温度分布を管るアクチュエータを設置して，エリアごとに空調制御することで，快適な空間を実現することが可能となる．人のいないエリアの空調を抑制する機能を追加するだけでも，ビル全体の管理費用は 30％程度削減できるといわれている．このような，ユビキタスセンサネットワークのことを，「センサ・アクチュエータネットワーク」と呼ぶ場合もある．
（ 3 ） 携帯タイプ
人が持ち歩く携帯タイプもある．携帯タイプの小型無線デバイスには，センサやアクチュエータが搭載されておらず，単に情報をマルチホップ中継したり，情報を人とが可能である．

に表示したりするだけの場合もあるが，このような場合†沖電気工業株式会社センサネットワークベンチャーユニット，蕨市
Sensor Network Venture Unit, Oki Electric Industry Co., Ltd.,
Warabi-shi, 335-8510 Japan

サネットワークの一構成デバイスととらえることとする．

62

でも，携帯タイプの小型無線デバイスをユビキタスセン（注 1）：ZigBee は Koninklijke Philips Electronics N.V. の登録商標である．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

するため，位置を管理することも重要となる．無線の強境事象を面でとらえることが可能になった点が，従来のセンサネットワークと大きく異なる特徴である．

度や到達時間を利用して，位置推定を行う手法も研究さ

更には，これまで測定できなかった情報を得ることで，れている．このような場合は，物理的なセンサを搭載し全く新しい機能を提供できる可能性が広がる点も特徴で

ていなくても，位置センサデバイスと考えることもできある．例えば，多数の車のワイパーの動きを計測するこる．

とで，そのエリアの降雨量を推定する事例などは，従来

例えば，通学中の子供の安全を確保するために，子供のセンサネットワークの概念から大きく飛躍した新しいに携帯型小型無線デバイスを持たせて，周囲のセンサデ機能実現の例である．このことから，ユビキタスセンサ

バイス（身に付けた生体センサや周辺に固定設置されたネットワークとは，一つひとつはあまり重要でない情報

センサなど）と連動させて，誘拐などの異常状況を検出を数多く集めることで，大きな重要情報を得るための仕して，子供の位置や状態を家族などに通知することもで組みと考えることもできる．

きる．また，家庭内のホームセキュリティなどで，周囲

1.3 ユビキタスセンサネットワークの構成例のセンサがとらえた情報を個人に通知するために，携帯

ここで，ユビキタスセンサネットワークの典型的な構デバイスに表示したりすることも考えられる．

解説論文

また携帯タイプのデバイスは，デバイスの位置が変化

成例を紹介する．図 1 にネットワーク構成例を示す．小

これらの携帯デバイスを含むユビキタスセンサネット

型無線デバイスがアドホックにつながり，ユビキタスセ

ワークを実現させるためには，バッチや腕時計，ベルト

ンサネットワークを構成する．受け取ったデータを中継など，身に付けやすい形状に実装したり，PDA や携帯する機能をもつデバイスもあり，データをバケツリレー

ゲーム機など，小型携帯機器に装着できるインタフェー

して伝送するマルチホップネットワークを実現する．まスで実装したりすることも必要である．現在では多くのた，各デバイスのつながり方（ネットワークトポロジー）

人が持ち歩いている携帯電話に組み込むことも普及加速

は，近くのデバイスと自由につながるメッシュ型や親子のかぎとなる．

関係をもつトリー型など様々である．

1.2 従来のセンサネットワークとの違い

ユビキタスセンサネットワークでセンシングしたデー

ところで，設置したセンサから情報を集めて制御に利タは，シンクデバイス（データがたまるという意味でそ用するセンサネットワークは，従来から存在する．例えう呼ばれる）に集められ，GW（ゲートウェイ）
を介して，ば，河川の危険区域の地盤のずれを専用回線を介して監

既存のネットワークに転送される．こうすることで，既視し，土砂崩れを防ぐシステムがある．しかし，従来の存のネットワークで動作しているサーバやクライアント

センサネットワークは，設置コスト等の問題から，センがセンサデータにアクセスでき，いろいろなアプリケー

シングポイントが少なく，点でしか環境事象をとらえる

ションに適用することが可能となる．なお，より複合的ことができなかった．また，センサからの情報伝送の手な機能を実現する際には，図 1 に示すように，異なる複段は，主に有線ケーブルが主流であった．

数のユビキタスセンサネットワークが存在して，それぞ

ユビキタスセンサネットワークでは，センサデバイス

れの GW を介して，必要なデータをやり取りする構成の小型無線化とアドホックネットワーク化により設置自になる．例えば，温度センサだけからなるユビキタスセ

由度が向上し，センシングポイントを増やすことで，環ンサネットワーク A と，空調の吹出し口のアクチュエー

小型無線デバイス

クライアント
端末

既存
ネット
ワーク

GW

小特集❶

GW
サーバ

シンクデバイス

図1

ユビキタスセンサネットワーク

ネットワーク構成例

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─63タからなるユビキタスセンサネットワーク B を組み合

図 2 に各無線規格の範囲を示す．ZigBee は大容量デー

わせて，空調管理を実現できる．この場合，温度センサ

タを伝送することをあきらめ，「低消費電力」，「低コスト」の無線装置と吹出し口アクチュエータの無線装置は，必を追求して規格化が進められている．これは，映像や音ずしも相互接続ができて，直接データを交換できる必要

声などのマルチメディアデータも安定して伝送できるこはない．それぞれの GW を経由してデータを交換できとを目指した Bluetooth や無線 LAN などとは大きく異るように構成すればよい．GW 経由で異種ユビキタスセ

なる．

ンサネットワークを接続する検討をしているものの例として，OSNAP［5］などがある．

以下，ZigBee の特徴を Bluetooth 及び無線 LAN とそ
れぞれ比較したものを表 1 に示す．

ただし，このようなユビキタスセンサネットワークが（ 1 ） 電池寿命

インフラシステムとして世の中に普及していくために

Bluetooth が数週間程度の電池寿命であるのに対しは，相互接続性を確保することが重要となる．同一規格て，ZigBee では数年の電池寿命の実現を目指している．

で多くのシステムに利用できれば，デバイス当りの製造

IEEE802.11b と Bluetooth は，通信機能をスリープすコスト低減にもつながるし，異種システム間連携によるる規定がないため，送信しないときは，常に受信機能を新しい機能を誘発することも可能となる．例えば，携帯動作させ続ける必要がある．逆にいえば，すべてのデバ

電話にセンサデバイスを組み込むことで，家庭では家電

イスが常に受信し続けていることを前提としていろいろ

制御デバイス（リモコン）として，会社では従業員の在席な機能が規定されている．したがって，消費電力が大き

管理用の個人デバイスとして利用できるようになる．

く，電池寿命は短くなる．

ショッピングセンタでの買い物情報の個人向け表示装置

ZigBee は，スリープ機能が規定されており，通信にとしても利用できる．健康管理システムと組み合わせれ必要な期間だけ起動させることで，消費電力を下げるこば，家に居ても外出先でも，いつでも健康管理サービスとができる．スリープしないで通信する長さの割合

を継続して受けることが可能となる．

（デューティ比）はアプリケーションに依存し，デュー
ティ比が小さいほど電池寿命が長くなる．

2．ZigBee と IEEE802.15.4 の概要（ 2 ） 複雑さ

2.1 ZigBee の特徴

式を利用しており，RF 部やベースバンド部が複雑にな

このような相互接続性を実現するものとして，ZigBee

る．32 ビット程度の高級なホスト CPU も必要とし，チッBluetooth は，周波数ホッピング拡散の FSK 変調方Alliance［1］で規格化が進められている近距離無線方式の ZigBee が期待されている．

プセット全体のコストも高くなる．
一方，ZigBee では直接拡散 O-QPSK 変調方式などを

ユビキタスセンサネットワークでは，センサデータや利用し，RF 部やベースバンド部を簡易に構成することアクチュエータの制御データのサイズは数バイト程度とができる．そのため，機能を絞り込めば 8 ビットや 16

小さく，発生頻度も数分から数時間に 1 回などと低いこ

ビットの CPU で構成することも可能である．

とから，低レートの伝送ができれば十分である．その代
わり，いろいろな場所に数多く設置するという観点から，また，後述するクラスタトリールーチングも複雑さの低減につながっている．

電池駆動の要求が高い．

テキスト

インターネット／音声

ビデオ
（圧縮）

マルチチャネルディジタル

高802.15.3/WIMEDIA

消費電力

>

802.11a/HL2 & 802.11g
802.11b低<Bluetooth

ZigBee
低

図2

64

<

実際のスループット>

高各無線規格の範囲

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

離が伸びる可能性がある（注 2）．また，日本では現在使用

IEEE802.11b と Bluetooth では，一つの親デバイスにすることができないが，ZigBee で規定されている 868

接続できる子デバイスの数に制限があり，大規模なMHz 帯や 915 MHz 帯の方が，2.4 GHz 帯よりも一般的

PAN を構成することができない．ZigBee では，十分なに，通信距離は 2 倍程度長い．

アドレス空間を割り当てることで，デバイス数の制限な（ 6 ） 伝送レート

く，更にマルチホップネットワークを構成することが可

マルチメディアデータの伝送を行う IEEE802.11b や能であり，大規模な PAN を構成することが可能となる．

Bluetooth は，数 Mbit/s と高い伝送レートであるのになお，ZigBee の接続デバイス数が 64,000 となってい対して，ZigBee では，テキストデータを低頻度で送る

るのは，規格策定の過程で大きいアドレス空間を割り当ことを想定しており，伝送レートは 250 kbit/s とかなりてたためであり，実際に 64,000 台のデバイスと直接通低い．

信することを想定しているわけではない．

解説論文（ 3 ） 接続可能デバイス数

ただし，この伝送レートは，理想状況下にある 2 台の（ 4 ） 接続遅延時間

デバイス間での伝送レートである．実際には通信前にBluetooth は，周波数ホッピングための情報共有に時CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with

間を要するが，ZigBee は接続プロトコルを大幅に簡略

Collision Avoidance）でのキャリヤセンスを行ったり，化しているため，30 ミリ秒で無線通信が可能になる．

伝送確認のための ACK 信号を返送したりする必要があ

このため，リモコンのスイッチなど，ZigBee は時間遅るため，実効的な伝送レートは 250 kbit/s の数分の 1 に延に厳しいアプリケーションにも適している．

落ちる．

（ 5 ） 通信距離

また，同一空間に複数のデバイスが存在する場合は，ZigBee は，屋外など周囲に何もない場所では，100 m

同時に通信を行うと電波干渉が発生するため，デバイス

以上の距離でも通信できるが，屋内など周囲に通信に影数が増えるにつれて，実効伝送レートは低下する．

響を与えるもの（壁や机など）がある場所では，見通し

更に，マルチホップ伝送を行う場合には，一つの中継

30 〜 40 m 程度の通信距離となる．ただし，この値はデバイスの送信信号と受信信号が干渉しないように，送2.4 GHz 帯で送信出力が 1 mW 程度の場合であり，日本

信と受信は別々のタイミングで行う必要がある．そのたの電波法の上限である 10 mW で送信すると更に通信距

め，電波が届く範囲内でのホップ数が増えれば，ホップ数に応じて伝送レートは下がってしまう．

表1
特 徴

したがって，電波が届く範囲に数十のデバイスが存在

各無線方式の比較

してマルチホップ通信を行う場合には，実効伝送レート

ZigBeeBluetooth

IEEE802.11b

電池寿命

数年

数日

数時間

複雑さ

○

△

×

64,000732

接続可能デバイス数
接続遅延時間は数〜数十 kbit/s 程度になることもある．
（ 7 ） セキュリティ
ZigBee では，128 ビットの AES ブロック暗号方式を使用して，認証や暗号を行う．

30 ms

10 s

3s

通信距離

30 〜 100 m

10 m

100 〜 300 m

伝送レート

250 kbit/s

1 Mbit/s

11 Mbit/s

セキュリティ

128 bit AES による認証，暗号64 bit,
128 bit

認証用 ID，
WEP

また，低コストを目指しているため，ホスト CPU のもつ計算能力は期待できない．したがって，暗号化や認（注 2）：利用できる最大送信出力は ZigBee では規定しておらず，各国の電波法に従う．

Application

Customer

Application Interface
Network Layer
Security

MAC Layer

小特集❶

Data Link Layer

ZigBeeIEEE802.15.4

PHY Layer

図3

ZigBee のレイヤ構成

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─65

証では，PC や携帯電話等で一般的な公開鍵暗号方式での会合にて審議が終了し，投票による承認後，標準化さはなく，処理量の少ない共通鍵暗号方式を使用する．共れる予定である．

通鍵暗号方式では，認証を行うデバイス同士が共通の鍵（ 3 ） 15.4bをもつため，一つのデバイスの鍵がシステム外へもれて

15.4 PHY の修正規格であり，2006 年に標準化された．

しまうと，そこからシステムの安全性が大きく崩れてし

15.4 のあいまいな記述の修正だけでなく，新しい変調方

まうことになる．

式の追加，ビーコンモード，セキュリティなどの機能拡

このような脅威への対策として，定期的な鍵更新などの仕組みを入れることが考えられる．ZigBee では，鍵更新を実現するための規定も審議中である．
2.2 ZigBee と IEEE802.15.4 の通信レイヤ構成張を行った．
現在，IEEE802.15.4 といえば，正式には 15.4b での修正を含めた全体の規格のことを指すが，明示的に
IEEE802.15.4-2006 と表現する場合もある．

図 3 に ZigBee の通信レイヤ構成を示す．下位レイヤ

なお，最新の ZigBee-2006 では，まだ IEEE802.5.4-2006

である PHY レイヤや MAC レイヤは IEEE802.15.4 でには対応しておらず，IEEE802.15.4-2003 を参照したま

標準化されており，ネットワークレイヤやセキュリティ

まである．

機能，アプリケーションとのインタフェースなどは，（ 4 ） 15.4c

ZigBee で規格化が進められている．

中国で WPAN 向けに新しく割り当てられた三つのサ
ブギガバンド（注 3）（315 MHz 帯，430 MHz 帯，780 MHz

3．IEEE802.15.4

帯）に適応するための 15.4 PHY と MAC の修正規格．
現在，SG で中国で検討中の CWPAN（Chinese Wireless

3.1 IEEE802.15 シリーズ

PAN）の進捗状況を確認しながら，規格の範囲などを審IEEE802.15［2］ シ リ ー ズ は，WPAN（Wireless

議中．

Personal Area Network）向け無線通信方式の標準規格（ 5 ） 15.4dであり，以下のような規格が存在する．なお，15.4 の一

日本で WPAN 向けに割当が審議されているサブギガ

部と 15.5，15.BAN はまだ審議中である．

バンド（950 MHz 帯）に適応するための 15.4 PHY と・15.1：Bluetooth

MAC の修正規格．現在，日本における電波法改正に向・15.2：共存問題（802.11 との干渉問題などを扱う）

けた審議状況を確認しながら，チャネルモデルなどの技

・15.3：高伝送レート WPAN の物理レイヤ（PHY）と術条件を TG で審議中．

MAC 層を規定
・15.4： 低 伝 送 レ ー ト WPAN の PHY と MAC を 規
定（=ZigBee の PHY，MAC）
・15.5：15.1 や 15.4 でメッシュルーチングを実現するための規格であり，現在，技術条件を TG（TaskGroup）で審議中．
・15.BAN：Body Area Network の略であり，身体の3.3 IEEE802.15.4 の周波数帯
IEEE802.15.4 では，現在三つの周波数帯が規定されている．図 4 に各帯域のチャネル割当を示す．
（ 1 ） 868 MHz 帯
欧州のみで利用できるサブギガバンドである．チャネ
ル幅が 600 kHz で 1 チャネルしか割り当てられていな
いため，やや利用しにくい帯域である．

周辺や内部を伝送媒体とする無線規格．主に医療や（ 2 ） 915 MHz 帯

健康管理向けであり，現在，市場要求などを SG

米国でのみ利用できるサブギガバンドである．2 MHz（Study Group：TG の前段階の審議グループ）で審間隔で 10 チャネルが割り当てられており，多くの応用

議中．

例での利用が期待されている．

3.2 IEEE802.15.4 シリーズ
IEEE802.15.4［3］は，IEEE802.15 シリーズの低伝送レート版として 2003 年に標準化され，2006 年に拡張された．

（ 3 ） 2.4 GHz 帯
全世界で利用できる ISM バンドであり，現在の 15.4の中では，唯一，日本で利用できる帯域である．
2 MHz 幅のチャネルが 5 MHz 間隔で割り当てられて（ 1 ） 15.4いるため，拡散変調方式の効果が高く，電波干渉に強い

低伝送レートを対象とした WPAN の PHY と MAC仕様になっている．

の規定であり，2003 年に標準化された．現在の ZigBee

グローバルに利用できることから，多くの LSI や機の PHY と MAC の規定である．

器が既に製品化されており，グローバルな応用に適して（ 2 ） 15.4aいる．また，出荷量が多いため，コストパフォーマンスUWB（Ultra Wide Band）技術を用いて，距離測定機
能 を 高 め た 15.4 PHY の alternative 規 格．2007 年 3 月

66（注 3）：サブギガバンドとは，1 GHz よりも下の帯域という意味であり，UHF 帯あたりを指す．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

チャネル 0868 MHz PHY

Fc = 868.3, for k = 0
868.0〜868.6 MHz

868.3 MHz915 MHz PHY

チャネル 1〜10

2 MHz
Fc = 906 + 2(k - 1), for k = 1〜10
902〜928 MHz
928 MHz902 MHz
2.4 GHz PHY

チャネル 11〜26
2.4 GHz

5 MHz

2.4835 GHz

Fc = 2405 + 5(k - 11), for k = 11〜26
2400〜2483.5 MHz

図4

IEEE802.15.4 のチャネル割当が高くなることも期待されている．
一方，無線 LAN や Bluetooth，RFID システムなど，
多くの無線方式が利用しており，電子レンジや機械装置から発生する雑音なども混在する帯域であるため，通信品質が不安定になる可能性がある．
3.4 変 調 方 式

表2IEEE802.15.4-2003 の変調方式

周波数帯2.4 GHz915 MHz

チャネル数

16

10

1

変調方式

O-QPSK

BPSK

BPSK

伝送レート

250 kbit/s

40 kbit/s

20 kbit/s

使用可能地域

全世界

米国

欧州

868 MHz

表 2 に IEEE802.15.4-2003 における変調方式を示す．
IEEE802.15.4-2003 では三つの周波数帯でそれぞれ変調方式が規定されている．

表3

2.4 GHz 帯では，周波数利用効率の高い O-QPSK 方

周波数帯式が採用されており，伝送レートは 250 kbit/s と高い．

チャネル数

一方，サブギガバンドである 868 MHz 帯と 915 MHz 帯

変調方式

では BPSK 方式が規定されており，伝送レートは低い．

伝送レート

表 3 に IEEE802.15.4-2006 で追加された変調方式を示IEEE802.15.4-2006 で追加された変調方式

使用可能地域

915 MHz868 MHz

10

1

ASK

O-QPSKASKO-QPSK

250 kbit/s 250 kbit/s 250 kbit/s 100 kbit/s
米国

欧州

す．サブギガバンドの周波数利用効率を高めるため，
IEEE802.15.4-2006 では，二つの変調方式がそれぞれ追加規定された．
3.5 デバイスタイプ
IEEE802.15.4 では，FFD（Full Function Device）とRFD（Reduced Function Device）の二つのデバイスタ
イプが定義されている．
・FFD の主な機能➢ PAN コーディネータやルータになれる➢ 他の FFD や RFD と通信可能➢ スター型や P2P 型，クラスタトリー型など複数のトポロジーに対応
・RFD の主な機能
ネータやルータにはなれない）➢ FFD とのみ通信可能➢ P2P 通信には対応できない➢ 低コストを実現
FFD は，IEEE802.15.4 のすべての機能（Full Func-

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

マルチホップ通信のためのルーチング機能を実装する．
一方 RFD は，一部の機能のみ（Reduced Function）をサポートしたデバイスであり，センサデバイスや照明のスイッチなど，PAN のエッジの低機能なエンドデバイスに使用する．エンドデバイスに必要な機能のみを実装することにより，デバイスの低コスト，低消費電力を追求している．
FFD はすべての RFD 及び FFD と通信することができるが，RFD は一つの FFD（親デバイス）との通信のみ可能である．これらのデバイスをうまく組み合わせる
ことにより，アプリケーションの機能要求に合わせて，
ネットワーク全体の低コスト化，低消費電力化を図ることができる．
3.6 ネットワークトポロジー
IEEE802.15.4 では，スター型と Peer-to-Peer（P2P）
型の二つのネットワークトポロジーが定義されている．
図 5 にネットワークトポロジーの例を示す．

67

小特集❶

➢ エンドデバイスにのみなれる．
（PAN コーディtion）をサポートしたデバイスであり，PAN の管理や，

FFD（Full Function Device）
RFD（Reduced Function Device）
PAN コーディネータ

PAN コーディネータ

PAN コーディネータ( a ) スター型

( b ) P2P 型

図5( c ) クラスタトリー型

ネットワークトポロジー

22 MHzチャネル 1
無線LAN

2400 MHz 2412 MHz

チャネル 6チャネル 112437 MHz

2462 MHz

2483.5 MHz

IEEE802.15.4
ch15

図6

ch25 ch26

ch20

無線 LAN と IEEE802.15.4 のチャネルの関係

スター型は，一つの FFD を中心として，複数の FFD
や RFD が接続する構成となる．中心の FFD は PAN

もっており，無線 LAN などとの共存が可能となっている．

コーディネータとなり，PAN の管理を行う．周辺のデ

また，IEEE802.15.4 では，無線 LAN などと比較しバイスはエンドデバイスとなり，PAN コーディネータてパケットサイズが極めて小さいため，無線 LAN でふとのみ通信を行う．

くそう（ネットワークが渋滞を起こしている状況）を感じ

P2P 型では，FFD のみからなり，近隣の FFD 同士る状況下においても，小さいパケットが通るだけの時間で接続する構成となる．ルーチング機能をもたない的なすき間は空いていることが多く，そのすき間をぬっ

RFD は P2P 型を構成することができない．いずれか一て IEEE802.15.4 パケットを伝送することが可能であつの FFD が PAN コーディネータとして，PAN の管る．

理を行う．PAN コーディネータは，どのような形状のIEEE802.15.4 では，チャネル間隔が 3 MHz であり，

ネットワークトポロジーであっても，一つの PAN に必隣接チャネルに干渉を与えずに 16 チャネルを同時に使ず一つ存在する．

うことができる．一方，無線 LAN ではチャネル幅が 22P2P 型の拡張として，図 5（c）に示すような，クラス

MHz と広く，隣接チャネルとオーバラップしてチャネ

タトリー型トポロジーがある．FFD で P2P 型トポロ

ルが規定されているため，同一空間で同時に使用できる

ジーを構成し，その周辺に RFD が接続する構成をとる．

チャネルは 3 チャネルだけである．

3.7 干渉回避手法

図 6 に無線 LAN と IEEE802.15.4 のチャネルの関係

IEEE802.15.4 では，ネットワーク構築時に，他シスの例を示す．無線 LAN で重ならない 3 チャネルを同時

テムとの干渉を回避するために，PAN コーディネータに利用した場合でも，IEEE802.15.4 はそのすき間のチャがチャネルの使用状態をスキャン（エネルギースキャン）

ネルを利用して通信を行うことが可能である．図 6 の例

し，干渉電力の少ないチャネルを選択する．

では，無線 LAN が 1, 6, 11 チャネルを使用した場合に，通常の通信時は，他の標準無線方式と同じように，
CSMA/CA 方式の LBT（Listen before Talk）機能を

68

IEEE802.15.4 では，15, 20, 25, 26 チャネルを，干渉を受けずに利用可能となる．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

インアクティブ期間

コンテンション
フリー期間（送受信動作を停止させる）

ビーコン

ビーコン

コンテンション
アクセス期間

解説論文

アクティブ期間時間

図7

ビーコンモードのスーパフレーム構造

3.8 ネットワーク構築手順（ 2 ） ビーコンモード

IEEE802.15.4 では，以下の 4 種類のチャネルスキャ

ルータの省電力化を図る手法としてビーコンモードがンが用意されている．これらのスキャン機能を使うこと規定されている．ビーコンモードでは，ルータがビーコ

により，ネットワークの構築 / 接続を行う．

ン信号を定期的に送信する．ビーコン信号には，ビーコ・エネルギースキャン：各チャネルの干渉量を測定

ン信号間でいつ送受信して，いつスリープするかといっ・アクティブスキャン：PAN コーディネータにビーたスーパフレーム構造の情報が含まれており，各デバイ

コン信号を要求して受信・パッシブスキャン：PAN コーディネータからのビーコン信号を待機して受信

スとルータは同期して動作することができるようになる．
図 7 にスーパフレーム構造の例を示す．ルータと各デ
バイスはアクティブ期間に通信を行う．インアクティブ・オーファンスキャン：接続可能なルータを検索

期間では，ルータもスリープすることが可能となり，省PAN コーディネータはまず，エネルギースキャンを

電力化を図ることができる．なお，アクティブ期間に行い，各チャネルの干渉量を見積もり，チャネルを選択

は，オプションでコンテンションフリー期間を設定する

する．次に，アクティブスキャンを行い，周囲のネット

こ と が 可 能 で あ る．TDMA（Time Division Multiple

ワークの PAN コーディネータから情報を収集し，他のAccess）のように各デバイスとの通信用にスロットを割

ネットワークと衝突することのない PAN ID を決定すり当てることで，衝突のない通信（GTS：Guaranteed

る．その後，ネットワークパラメータを設定してネット

Time Slot）
を実現することが可能となる．

ワークを構築する．
新たにネットワークに接続するデバイスは，まず，ア4．ZigBee

クティブスキャン若しくはパッシブスキャンを行い，
PAN コーディネータからのビーコン信号を受信して，4.1 ZigBee Alliance

接続可能なネットワークを探索する．見つかったネット

ZigBee Alliance は，低コスト，低消費電力のオープワークの中から接続すべきネットワークを選択し，そのンな国際標準無線方式を提供することを目的に設立されネットワークのコーディネータに対して接続処理を行う．

た非営利の業界団体であり，2007 年 3 月時点で 200 社

他システムからの干渉などでネットワークとの接続を失ったデバイスは，オーファンスキャンをして，再接続を行う．

以上の企業が参加している．
ZigBee Alliance への日本企業の参加は，欧米やアジアの他の諸国に比べるとまだ少なく，日本市場に ZigBee

3.9 低消費電力機能

ブランドがまだ十分に普及しているとはいえない．そこ（ 1 ） インダイレクトトランスミッションで，日本への ZigBee 普及活動を加速するために，ZigBee

IEEE802.15.4 では，デバイスの省電力化を図るため

メ ン バ の う ち 日 本 法 人 を も つ 企 業 で，2005 年 9 月 にに，デバイスは，親ルータに定期的に問合せを行い，自ZigBee SIG-J（Special Interest Group-Japan）［4］を設

分あてのデータが届いていることを示す ACK 信号を受立した．

けた場合にのみ，データ受信を行う．

・ZigBee 普及を目的とする共同マーケティング

はなく，好きなタイミングでスリープすることができる

・日本国内のユーザに対する技術教育やアドバイスようになり，省電力化を図ることが可能となる．一方ルー・日本市場における ZigBee 仕様に対する要求の調査・

タは，いつ来るか分からないデバイスからの情報や問合研究せを受けるために，常に受信状態にしておく必要があり，・ZigBee に関する法令改正への働きかけ

省電力化を図ることができない．

・ZigBee に関する講演・出版・展示などの普及活動

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

69

小特集❶

これにより，デバイスは常に受信状態にしておく必要

SIG-J では，

などの活動を行っている．

ZigBee コーディネータ

4.2 ZigBee 仕様

ZigBee ルータ

ZigBee 仕様は，2004 年 12 月に初版が規定され，2006

ZigBee エンドデバイス

年 12 月に ZigBee-2006 に改版された．
ZigBee ネットワーク（PAN）
は，ZigBee コーディネー
タ，ZigBee ルータ，ZigBee エンドデバイスから構成される．ZigBee コーディネータは，PAN 全体を管理する機能をもち，PAN に必ず一つ存在する．また，ZigBee
コーディネータや ZigBee ルータはマルチホップ機能をもち，ネットワークの「幹」を構成する．ZigBee エンド
デバイスは，中継機能をもたず，ZigBee コーディネー
タや ZigBee ルータにスター型に接続することにより，ネットワークの「葉」を構成する．

ルーチング経路
D

4.3 ZigBee の機能

受信デバイス

4.3.1 ルーチング機能
ZigBee では，クラスタトリー構造を利用したクラス
タトリールーチングと，メッシュ構造で P2P 通信を行うテーブルルーチングをハイブリッドに利用できる．
（ 1 ） クラスタトリールーチング

S
送信デバイス

図8

クラスタトリールーチング

図 8 にクラスタトリールーチングの例を示す．クラス
タトリールーチングでは，ネットワークの幹を構成する
ZigBee ルータや ZigBee コーディネータを経由して，マルチホップ通信を行う．
クラスタトリーの枝葉の構造によって固有の ID を割り当てるルールを採用しており，転送先の ID を見ただ
けで，パケットを自分の上に転送すればよいか，下に転送すればよいかが分かる仕組みになっている．これにより，どの ID がどこに接続されているかを管理するルーD

チングテーブルをメモリ上に記憶しておく必要がなく，また転送先へのルートを探索する必要もないため，低コS

ストで低消費電力のルーチングを実現できる．

隣接ルートによるショートカット（ 2 ） 隣接ルーチング
トリールーチングでは，幹をたどってルーチングをす

図9

隣接ルーチングるので，図 8 のような場合は，5 ホップの通信が必要となり，最短経路をたどることができない．この問題を緩和するために，隣接ルーチングを規定している．
図 9 に隣接ルーチングの例を示す．各デバイスは，自分から 1 ホップで届くデバイスのアドレスを隣接アドレ
ステーブルとして記憶しておく．受信デバイスが 1 ホップ先にいる場合は，枝を経由せず，直接，隣のデバイスにショートカットして渡すことができる．
（ 3 ） テーブルルーチング
テーブルルーチングは IETF（Internet EngineeringD

Task Force）の MANET（Mobile Ad Hoc Networking）
WG に お い て 標 準 化 さ れ て い る AODV（Ad Hoc On
S

Demand Distance Vector Routing）のアルゴリズムに従って動作する．
図 10 に AODV テ ー ブ ル ル ー チ ン グ の 例 を 示 す．

70

図 10

AODV テーブルルーチング

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

ことになり，データ収集のためのルートができ上がる．

解説論文

フラッディングと反対向きの経路を各ルータが記憶した
従来のクラスタトリールーチングやテーブルルーチン
グでデータ収集を行う場合，すべてのデバイスからのルートを設定し，全ルートのアドレスを記憶する必要があったが，Many to One ルーチングでは，1 回のルート

D

検索でルーチングテーブルを作成することができ，更にシンクデバイス

一つのシンクデバイスに対して，一つのアドレスを覚えるだけでよいため，低消費電力で低コストなデータ収集のためのルーチングを実現できる．
（ 5 ） マルチキャストルーチング
ZigBee-2006 では，複数の相手に効率良く伝送するた
図 11

めのマルチキャスト機能もオプション機能として追加さMany to One ルーチング

れた．
マルチキャスト［6］とは，一つの相手にデータを送る
通常のユニキャストと異なり，複数の相手にデータを同時に送る仕組みのことであり，IP マルチキャストと同様に，あらかじめ複数の相手を登録したマルチキャスト

D

アドレスを用意しておく必要がある．
図 12 にマルチキャストルーチングの例を示す．各ルー
タは，登録された複数のアドレスに対してそれぞれ転送
先を判断するのではなく，マルチキャストアドレスに対して，通常のユニキャストと同じように転送先を管理しDており，一つのマルチキャストアドレスを覚えるだけ複数の相手にデータを届けることができる．

S

複数の照明を一つのスイッチで制御する場合など，制御データをマルチキャスト伝送する場面が多いシステム

図 12

マルチキャストルーチング

では，ユニキャストでルーチングするよりも，消費電力，
低コストを実現できる．
4.3.2 アドレッシング機能

ZigBee デバイスでルーチング機能をもつのは，ZigBee

ZigBee のネットワークアドレスとしては，IEEE802.15.4

コーディネータと ZigBee ルータのみであり，ZigBee エで規定されている 16 ビットショートアドレスを利用しンドデバイスは機能を限定して低コスト化するためにており，IEEE802.15.4 の規定外となっているアドレス

ルーチング機能をもっていない．このため，ZigBee エ

割当方法を ZigBee が規定している．

ンドデバイスがテーブルルーチングによるマルチホップ（ 1 ） クラスタトリールーチング用アドレス割当

通信を行う場合，ZigBee エンドデバイスが接続してい

ZigBee では，4.3.1（1）で述べたように，クラスタト

る ZigBee ルータが代わりに AODV の機能を実行する．

リー構造に従ってネットワークアドレスを割り当てる方

したがって，ZigBee コーディネータ及び ZigBee ルータ

法を規定している．

間のみで AODV によるメッシュネットワークが構成さ

ネットワークごとに，各ルータに接続できる子デバイれることになる．

（注 4）
スの最大数（Cskip）とトリーの深さをあらかじめ決め（ 4 ） Many to One ルーチングておき，親デバイスに 1 を加えたアドレスを Cskip 間隔

ユビキタスセンサネットワークでは多くのデバイスかで子デバイスに割り当てる．図 13 に Cskip=4，トリー

らのセンサデータを収集するケースが多いため，その手

例えば，デバイス 2 の下には四つのデバイスがぶら下

ルーチングがオプション機能として追加された．

がることができるが，デバイス 3 しか接続していないの

図 11 に Many to One ルーチングの例を示す．まず，データを集めたいシンクデバイスが，フラッディングで
ソースアドレス（シンクデバイスのアドレス）と中継元のアドレスを覚えるコマンドをネットワーク全体に送る．

（注 4）：正確には，接続可能な子デバイスの最大数は，ぶら下がるルー
タとエンドデバイスで分けて管理しているが，ここでは簡単のため同じに扱って説明している．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

71

小特集❶

の深さ = 4 の場合のアドレス割当の例を示す．

順 を 効 率 化 す る た め に，ZigBee-2006 で Many to One

図 13 クラスタトリーのアドレス割当

で，デバイス 4，5，6 は空席となり，デバイス 2 の隣はZigBee では規定していない．設置した各デバイスに鍵デバイス 7 となる．デバイス 7 の下には既に最大数と同の書き込み装置を有線で接続して鍵を書き込む方法など

数の四つのデバイスがぶら下がっているため，これ以上，を想定している．

子デバイスは接続できない．

4.3.4 その他の新しい機能（ 2 ） その他のアドレス割当

ZigBee-2006 には，以下のような機能も追加された．

ZigBee では，Cskip によるアドレス割当が必須では・デバイスが移動して他のルータに接続する手続きをなく，各ルータがあらかじめ割り当てられたアドレス空間の中で，子デバイスのアドレスを自由に割り当てることもできる．
更に ZigBee では，あらかじめルータに対してアドレ
ス空間を割り当てずに，各デバイスにランダムにアドレ
スを割り当てることとし，ネットワーク内で重複していることが発見されたらアドレスを変更するという，簡易

簡略化するポータビリティ機能
・リンクが切れてもとのルータに再接続する際に簡易接続するリジョイン機能
また，次のバージョンに向け，以下のような新しい機能も審議されている．
・使用中のチャネルの干渉量が多くなった場合に，
PAN 全体でチャネルを変更する機能

なアドレッシング方法なども審議されている．これによ・ルータを省電力に動作させる機能

り，ルータごとの接続デバイス数の制限がなくなり，フ・大きいサイズのデータを送信するために，パケット

レキシブルなネットワークを実現可能となる．

をフラグメントする機能

4.3.3 セキュリティ機能

4.4 アプリケーションプロファイル

ZigBee は，2.1（7）で述べたように，低コスト，低消ZigBee Alliance では，相互接続性を保証することも費電力を追求するため，共通鍵暗号方式を利用する．暗大きな目標としており，応用分野ごとに標準的なアプリ

号 方 式 は，IEEE802.15.4 と 同 じ 128 ビ ッ ト の AES ブ

ケーションプロファイルを規定して，相互接続性を高め

ロック暗号方式を使う．

ている．

鍵の種類は三つ定義されている．

これまで述べてきた機能は，応用分野によっては不要

・リンク鍵なものもある．必要な機能の組合せや，最適なパラメー

・ネットワーク鍵タの範囲を応用分野ごとに規定したものが，アプリケー

・マスター鍵ションプロファイルである．照明のスイッチや空調の温リンク鍵は，二つのデバイス間で 1 対 1 に保持する鍵度など，各プロファイルではその応用例で扱う属性を管で，セキュアにユニキャスト通信をするために使われる．
相手デバイスごとに異なる鍵を利用する．
ネットワーク鍵は，全デバイスに共通に保持する鍵で，ネットワーク内のすべてのデバイスと通信することができる．また，セキュアにブロードキャスト通信をすることができる．
マスター鍵は，各デバイスがトラストセンタ及び任意のデバイスとの間で 1 対 1 に保持する鍵で，この鍵を使ってリンク鍵を生成する．マスター鍵は，セキュアに
各デバイスに記憶させる必要があるが，その方法は72理する仕組みも定義されている．
なお，アプリケーションプロファイルは，ユーザが自由に規定してもよいが，その場合は，他のユーザとの相互接続は保証されない．
主な標準のアプリケーションプロファイルは以下のとおりである．
・HA（Home Automation）プロファイル：ホームネッ
トワーク向けプロファイル
・CBA（Commercial Building Automation）プロファ
イル：ビル管理向けプロファイル

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

工場管理向けプロファイル
・WSA（Wireless Sensor Network Application）プロ
ファイル：大規模環境モニタリングや資産管理，機械器具モニタリング向けプロファイル
・TA（Telecom Application）プロファイル：携帯電話を利用した各種サービス向けプロファイル
・AMI（Advanced Metering Infrastructure）
プロファ
イル：電力／水道／ガスメータの読取り向けプロファ
イル・PHHC（Personal Home Health Care）
プロファイル：
健康モニタリング向けプロファイル

5．サブギガバンド（UHF 帯）の割当動向
サブギガバンドは，電波の回り込みや透過性が大きく，通信距離も長いため，電波の到達性が高い．これを利用して，障害物の多い場所や，通信距離を必要とする場所への利用が期待されている．また，同じ距離を通信する場合は，2.4 GHz 帯に比べて送信電力を小さくできるため，省電力効果も高くなる．
日本では現在，ZigBee としてはサブギガバンドは利用できないが，950 MHz 帯の RFID システムに割り当
てられている周波数帯を共用できるように，総務省で現在審議中である．
これを受けて，3.2 でも述べたように，IEEE802.15.4d
では，日本の 950 MHz 向けの PHY と MAC の審議を進めている．
日本以外の動きとしては，中国や韓国でも新しいサブギガバンドの審議が進められている．欧州でも，現

文

献［1］ ZigBee Alliance，http://www.zigbee.org/［2］ IEEE802.15, http://grouper.ieee.org/groups/802/15/［3］ IEEE802.15.4, “Wireless Medium Access Control (MAC)

解説論文

・IPM（Industrial Plant Monitoring）プロファイル：

and Physical Layer (PHY) specifications for Low Rate
Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs),” http://
www.ieee802.org/15/pub/TG4.html［4］ ZigBee SIG-J, http://www.zbsigj.org/［5］ 長谷川晃朗，石橋孝一，市村順一，小花貞夫，倉田成人，
竹林知善，福永 茂，宮部 裕，宮本和彦，山根大作， 異種センサーネットワークの統合のためのオープンセンサ
ネットワークアーキテクチャの提案， 2006 信学総大，BS-2-5，March 2006.
［6］ D. Kosiur（著），マスタリング TCP/IP IP マルチキャスト（編），オーム社，1999．
［7］ 福永 茂，田川忠道，福井 潔，谷本晃一，菅野秀明， ユ
ビキタスセンサネットワークの開発， 沖テクニカルレ
ビュー 200 号，Oct. 2004.
［8］ 市川武志，谷本晃一， 次世代近距離無線ネットワークを実現する， 沖テクニカルレビュー 200 号，Oct. 2004.
［9］ 阪田史郎（編著），ZigBee センサーネットワーク，秀和シ
ステム，2005.
（平成 19 年 3 月 26 日受付，5 月 28 日再受付）

福永

茂（正員）

▶ 1991 大阪大学大学院工学研究科電子工学専攻了．1991 沖電気工業（株）入社，関西総合研究所（現ユビキタスシステムラボラトリ）配属．以来，2000 まで，動画像符
号化，エラー耐性などの技術開発に従事し，その間，MPEG 会合でエラー耐性主観テスト議長や，VM 文書メインエディタを務
め る な ど，MPEG-4 の 標 準 化 に 貢 献．
2001 以降，センサネットワーク，アドホックネットワーク，セキュリティ，自律分散，位置推定などの技術開発に従事．2007
からセンサネットワークベンチャーユニットにて，ZigBee 関連機器の開発に従事．ZigBee Alliance 会合，IEEE802 会合にも参加 中．IEEE802.15.4d タ ス ク グ ル ー プ の Vice-Chairman とSecretary を兼務．IEEE 会員．

在は 868 MHz 帯が利用できるが，1 チャネルしか割り当てられていないため，割当見直しの議論が進んでい
る．

6．む す

び

ZigBee は，2004 年の初版では不足する機能があり，利用が制限されていたが，ZigBee-2006 で機能が充実され，使いやすい仕様になってきている．今後も，より多くの分野で利用できるように，機能追加が審議される予定である．
また，ZigBee 関連製品も，多くのベンダから提供さ小特集❶れている．市場はまだ本格普及前であり，フィールド
テスト段階のものが多いが，徐々に実運用を視野に入れたシステム［7］〜［9］も出てきている．
ZigBee 規格の成熟とともに，ユビキタスセンサネッ
トワーク市場が活性化されることを期待する．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

73

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

ウルトラワイドバンド技術で加速する
低速無線 PAN
Accelerating Low-Rate Wireless PAN with Ultra-Wideband Technology

李 還幇

†

滝沢賢一

†

甄 斌

†

河野隆二

†, ††

Huan-Bang Li†, Kenichi Takizawa†, Bin Zhen†, and Ryuji Kohno†, ††Summary

ることから，環境モニタリングをはじめ，工場・倉庫の自動管理やオフィスホームオートメーション及び防災・
医 療・ 福 祉 な ど の 分 野 に 利 用 で き る．2003 年 4 月 にセンサネットワークのための低速無線 PAN（WPAN：

IEEE802 標準化委員会の WPAN ワーキンググループ

Wireless Personal Area Networks）として，物理レイ

15（WG15：Working Group 15）の下にあるタスクグルー

ヤに標準規格 IEEE802.15.4 を用いた ZigBee は知ら

プ 15.4（TG15.4：Task Group 15.4）は，低速無線 PANれているが，IEEE802.15.4 の代替物理レイヤとして，
ウルトラワイドバンド（UWB：Ultra-Wideband）技術
を 利 用 し た 標 準 規 格 IEEE802.15.4a が 2007 年 3 月に成立した． IEEE802.15.4a は UWB 技術の特徴である超広帯域性と高い時間分解能を利用してデータ通信と高精度の測距・測位を同時にサポートできる仕様となっているため，低速無線 PAN の利用はいっそう加速されることが期待される．本論文では，標準規格 IEEE802.15.4a の標準化プロセスを概観するとともに，同標準規格の必須仕様と主要オプション
について解説する．更に，同標準規格を利用する上での問題点と開発課題を議論する．

Key words
低速無線 PAN，ウルトラワイドバンド（UWB），標準
化規格，IEEE802.15.4aの標準規格として IEEE802.15.4 を制定し，物理レイヤ（PHY） と MAC レ イ ヤ を 規 定 し て い る［1］． ま た，
ZigBee アライアンスは IEEE802.15.4 の PHY と MACを用い，ネットワークレイヤとセキュリティなどの上層
レイヤの標準化を行った［2］．図 1 に IEEE802 標準化
委 員 会 の 構 成 を 示 す． 最 近，IEEE802.15 に お い てIEEE802.15.4c と IEEE802.15.4d が新たに設置され，それ ぞ れ 中 国 と 日 本 に お け る 低 速 無 線 PAN 規 格 とIEEE802.15.4 との協調を図っている［3］．
一方，ウルトラワイドバンド（UWB：Ultra-Wideband）
技術の無線 PAN への利用が近年盛んに行われている．
2002 年 2 月にアメリカ連邦通信委員会 (FCC：Federal
Communications Commission) は 条 件 付 き で UWB の
無免許利用を許可したことを皮切りに，UWB 技術への関心が一気に高まった．IEEE802 標準化委員会や欧 州 の ECMA（European Computer Manufacture
Association）及び国際標準化機構（ISO：International
Organization for Standardization）などで UWB 技術の標

1．ま え が き
センサネットワークのための低速無線 PAN（WPAN：
Wireless Personal Area Networks）は安価でシンプルな
小型無線ノードを配置して情報収集と伝達を簡易に行え†独立行政法人情報通信研究機構新世代ワイヤレス研究センター，横須賀市
Institute of Information and Communications Technology (NICT),
Yokosuka-shi, 239-0847 Japan††横浜国立大学，横浜市
Yokohama National University, Yokohama-shi, 240-8501 Japan

74

準化を進めた．UWB 技術は非常に広い信号周波数帯域
ふく幅（FCC の定義では 500 MHz 以上）と非常に低い輻射電力密度（FCC の定義では -41.3 dBm/MHz 以下）を有し，時間領域では時間幅の狭い（例えば 1 ナノ秒）パルスを用いて通信を行うことで知られている［4］［, 5］．UWB
技術は広帯域特性と高い時間分解能を有するため，無線
PAN における高速データ伝送や高精度の測距・測位などの応用に適している．
図 1 に示すように IEEE802.15 の中に，UWB を用い

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

IEEE802標準化委員会IEEE802.11
無線 LAN

802.15.1
Bluetooth規格

802.15.2
WPAN と WLANとの共存

802.15.3a
15.3 の代替物理層

802.15.3b
15.3 の維持

IEEE802.15
無線 PAN

IEEE802.16
無線 MAN

802.15.3
802.15.4
高データレート 低データレート
向け物理層
向け物理層

802.15.3c
ミリ波帯
物理層

2006.1 解散要求
2006.7 解散決定

802.15.5
WPAN
メッシュネットワーク

802.15.4a
802.15.4b
15.4 の15.4MAC の
代替物理層 修正と増強

802.15.x
MedicalWireless BAN

802.15.4c
Chinese
WPAN

802.15.4d
Japanese
WPAN

2007.3 成立

図1

IEEE802 標準化委員会の構成

た高速無線 PAN のための標準規格 IEEE802.15.3a と低帯域において，-10 dB 帯域幅（電力スペクトルのピー

速無線 PAN のための標準規格 IEEE802.15.4a のそれぞ

クから 10 dB を下がったところの帯域幅）
が 500 MHz 以

れのタスクグループ TG15.3a と TG15.4a があった［6］,上で，等価等方輻射電力（EIRP：Equivalent Isotropi-［7］．TG15.3a では対立する二つの提案の仕様一本化に

cally Radiated Power）が -41.3 dBm/MHz 以下と定め至らず規格の制定を断念した．2006 年 7 月に TG15.3aられている．UWB からの輻射電力が低く，また，15.4

を正式に解散した．一方，TG15.4a における標準化活動の 装 置 と 同 様 に CMOS（Complementary Metal-Oxide

は順調に行われ，2007 年 3 月に IEEE802.15.4a 標準規

Semiconductor）によって実装が可能である［10］．した

格が成立することに至った．同標準規格は低速無線

がって，IEEE802.15.4 よりも低消費電力と低コストを

PAN の標準規格 IEEE802.15.4 の代替物理レイヤとし兼ね備えた装置化が期待される．更に UWB の広帯域とて位置づけられているが，IEEE802.15.4 に比べてより高い時間分解能を利用して IEEE802.15.4 よりも高い

高速なデータ通信を提供できるとともに高精度の測距・データレートと優れた測距・測位精度を提供できる．

測位を行える．同標準規格を用いることによって，低速

上記 UWB 技術の特徴に着目し，WG15 では 2003 年

無線 PAN の適用分野の拡大や，低速無線 PAN に対す

7 月に IEEE802.15.4a のためのスタディグループ（SG：る利用がいっそう加速されることが期待される．

Study Group）を立ち上げ，2004 年 5 月にタスクグルー

本論文では，まず，IEEE802.15.4a が成立に至るまで

プ TG15.4a に格上げした．その後，TG15.4a の下で測の標準化プロセスを概観する．次に，IEEE802.15.4a の距 方 式 分 科 会（Precision Ranging Subcommittee） と必須仕様と主要オプションを解説する．更に，同標準規UWB チャネルモデル分科会（Channel Model Subcom-

格を利用する上での問題点と開発課題について議論すmittee）を設け，それぞれ測距・測位方式のレビューとる．最後に，本論文をまとめる．

チャネルモデルの作成を進めた［11］［, 12］．また，アプリケーション提案募集（CFA：Call For Applications），

2．IEEE802.15.4a の標準化プロセス

技 術 要 求 文 書（TRD：Technical Requirement Document）［13］ 作 成 及 び 選 定 基 準 文 書（SCD：Selection
Criteria Document）［14］作成などの作業を行った．その容易さなどの特徴があるが［1］［, 8］，周波数帯域の制限

後，提案募集（CFP：Call For Proposals）を行い，2005などから通信時の最大データレートは 250 kbit/s であ

年 1 月の会合では 26 件の正式提案があった．その中，る．これは画像伝送などのデータ量の大きいアプリケー

24 件は UWB 技術を用いる提案であった［15］．他の提ションにおいて支障が生じるおそれがある．また，受信案 と し て，2.4 GHz 帯 で の チ ャ ー プ ス ペ ク ト ル 拡 散

電力を検知することによって測距は可能であるが，一般（CSS：Chirp Spectrum Spread）方式などの提案があっに測距精度が低く，測距精度を向上させるための研究がた．

行われている［9］．
UWB システムは FCC の定義では 3.1 〜 10.6 GHz の

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

IEEE802.15.4a のドラフト第 1 版は 2005 年 12 月に完成されたが，その前に 26 件の提案をマージする活動を

75

小特集❶

標準規格 IEEE802.15.4 は低消費電力，安価，構成の表1
承認プロセススタート①

コメントの種類

WG 郵便投票
投票コメントの WG 審議

いいえあるのコメントは技術必須（TR），技術（T）及び編集（E）の三

新規否定投票つに分けられるが，これを表 1 に示す．特に TR コメン③

ドラフト更新と WG 承認

新規否定投票で，細心の注意を払う必要がある．コメントが不適当と
上記循環郵便投票期間中に全 1181 個のコメントが寄せられたが，81 個が不適当として却下され，その他はすある

べて解決できた．
上記プロセスにおいて，WG15 郵便投票で新規否定投

ない票（No vote）がないことを確認した．その後，ドラフト

標準化委員会承認
標準成立

トは投票者が必ず満たされることを要求しているもの
判断した場合，理由を述べた上で却下することができる．

スポンサー郵便投票

第 5 版 を ま と め， 次 の ス テ ッ プ の ス ポ ン サ ー 投 票④

ドラフト第 1 版完成，承認プロセススタート
WG 郵便投票循環プロセス
スポンサー郵便投票循環プロセス
標準化委員会承認，標準成立

図2

対処法

承認率 > 75％？

ない

①
②
③
④

投票者の意図Technical Required 技術的なもので，必 コメントを受け入れ（TR）
ず満たされる必要が るか却下するかを決ある．
める．
Technical（T）
技術的なものである 受け入れる場合，必が，承認に支障がな 要に応じてドラフトの該当する箇所を修い．
正する．
Editorial（E）
用語や記述ミスなど却下する場合，理由の編集に関連するもを述べる．
ので，承認に支障がない．

ドラフト更新と WG 承認②

郵便投票コメントの分類

ドラフト完成後の標準化プロセス（Sponsor Ballot）に進んだ．WG15 郵便投票では特に投票者に対して資格などの要求はないのに対して，スポン
サ ー 投 票 の 投 票 者 は IEEE-SA（IEEE Standard
Association）のメンバのみに限る．まず，IEEE-SA メ
ンバに対してスポンサー投票者を募り，承諾したメンバがスポンサー投票できる．IEEE802.15.4a に対して計128 名のスポンサー投票者を募った．第 1 回目のスポン
サー郵便投票は 2006 年 8 月末に開始され，同 9 月末に締め切られた．

始め，TG15.4a 下のサブワーキンググループ分けなど，

スポンサー投票のコメントは技術（Technical），編集

ドラフト作業の効率化を図った．詳細を文献［16］に参照（Editorial）及び一般（General）に分類されるが，一般はされたい．図 2 にドラフト第 1 版が完成後の標準化プロ

特にドラフト全体の整合性に関するものである．これらセスを示す．

のコメントに対して表 1 と同じ対処法を用いる．第 1 回

まず，ドラフト第 1 版に対して WG15 の第 33 号の郵目のスポンサー郵便投票では計 549 個のコメントが寄せ

便投票（LB33：Letter ballot 33）が実施された．同投票

られ，2006 年の 12 月にかけてコメントの解決とドラフは 2006 年 1 月に締め切られ，承認率（Affirm Ratio）がトのアップデート作業を行った．549 個のコメントのう75.4％であった．IEEE802 の規定では 75％の投票を獲ち，12 個の技術コメントを不適当として却下した．第 2

得すれば承認とみなせるが，投票で寄せられたすべての回目のスポンサー郵便投票は 2006 年 12 月の下旬からコメントに対して回答することが義務づけられている．

2007 年 1 月にかけて実施され，承認率 96％を獲得した．

したがって，個々のコメントに対してそれぞれ回答を用

技術コメント 1 個を含めて計 5 個のコメントが寄せられ意した上でドラフトをアップデートし，再度郵便投票にたが，新規否定投票がないことを確認し，スポンサー郵

かけるといった循環プロセスに入った．WG15 における

便投票を終了とした．その後，標準ドラフト最終版を

第 2，3，4 回 目 の 郵 便 投 票 を そ れ ぞ れ LB34，LB35，

2007 年 2 月 中 に ま と め，IEEE 標 準 レ ビ ュ ー 委 員 会

LB36 として 2006 年 8 月までに済ませた．それぞれの（RevCom：IEEE Standards Review Committee）に提出

承認率は 79.8％，87.8％及び 96.8％であった．郵便投票

した．2007 年 3 月に RevCom は同ドラフトの最終版を

76

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

発生年月2004 年5月

表3

標準規格成立するまでの主なステップ
イベント

備 考

IEEE802.15.4a タスク 準備として，同スタディグルー
グループスタート
プは 2003 年 7 月に立ち上がっ
ていた．

解説論文

表2

必須仕様パラメータ

パラメータ

数 値

中心周波数

4492.8 MHz

占有帯域幅499.2 MHz（-3 dB）

データレート850 kbit/s

パルス波形

ルートレイズドコサイン
ロールオフ率が 0.6

変調方式

BPM と BPSK の組合せ

誤り訂正符号

RS 符号＋畳込み符号
ただし，受信機は選択可

2005 年
1月

26 個の正式提案を発 その前に，チャネルモデル確
表
立や測距方式レビューなどを済ませた．

2005 年
12 月

ドラフト第 1 版完成， 提案の一本化，規格仕様を決WG 郵便投票開始
めるための正式会合や電話会議など多大な努力を要した．

2006 年
8月

ドラフト第 5 版完成， WG 郵便投票を 4 回繰り返し
スポンサー郵便投票 た後の成功であった．
開始

平均 PRF15.6 MHz & 3.9 MHz

チップレート（ピーク PRF）

499.2 MHz2007 年2月

ドラフト最終版完成， スポンサー郵便投票を 2 回繰RevCom 承認申請
り返した後の成功であった．

プリアンプル符号長

31 ビットチャネルアクセス

ALOHA

2007 年3月

標準規格成立

RevCom 承認

承認し，標準規格 IEEE802.15.4a が成立した．
表 2 に 2004 年 5 月に IEEE802.15.4a のタスクグルー
プの立上げから，2007 年 3 月に同標準規格が成立するまでの主な作業ステップをまとめた．タスクグループの立上げから，標準規格が成立するまで 2 年と 10 か月を

表4

UWB バンドチャネル割当一覧

チャネル
番号

中心周波数
（MHz）

-3 dB 帯域幅
（MHz）

必須 /
オプション

1

3494.4

499.2

オプション

2

3993.6

499.2

オプション

3

4492.8499.2

ローバンド必須

43993.61331.2オプション

56489.6

499.2

オプション

要した．標準規格を作るのに長い時間と地道な努力が必66988.8

499.2

オプション

要であることが分かる．

76489.61081.6オプション

87488.0

499.2

オプション

9

7987.2499.2

ハイバンド必須

108486.4

499.2

オプション

11

7987.21331.2オプション

128985.6

499.2

オプション

13

9484.8

499.2

オプション

14

9984.0

499.2

オプション

15

9484.81354.97

オプション

3．標準規格 IEEE802.15.4a の概要
標準規格 IEEE802.15.4a は主に物理レイヤについて規定し，必須仕様とオプションからなる（注 1）．必須仕様
は IEEE802.15.4a を用いたシステムが必ず具備しなけ
ればならないシステムパラメータを規定し，また，必須
仕様のみで構成されているシステムは最もシンプルな構
成であるといえる．オプション仕様はシステムの性能向上や特別用途のために，必須仕様を具備した上での付加の時限開放が決まっているからである［17］
［
, 18］
．時限

仕様を指す．また，物理レイヤ以外では MAC レイヤ仕開放を利用して安価で性能の良いデバイスを実装するこ様に関する記述及び付録としての測距・測位方式や，他とが目的である（注 2）．一般に，UWB バンドはローバンのシステムとの共存，レギュレーションなどに関する記ド（3.1 〜 4.9 GHz）とハイバンド（6 〜 10.6 GHz）に分け述が含まれている．以下では主要システムパラメータにられるが，ハイバンドにおける必須中心周波数は 7987.2

ついて述べる．

MHz である．UWB バンドにおける全チャネル割当を
表 4 に示す．このチャネル割当は文献［16］で紹介したド表 3 に IEEE802.15.4a の 必 須 仕 様 を ま と め て い る．

ラフト第 1 版からアップデートしたもので，実装をより

中心周波数は 4492.8 MHz で，占有帯域幅を 499.2 MHz

簡単にするための変更を加えている．帯域幅が 499.2としている．ただし，この占有帯域幅は FCC 定義の

MHz のチャネル以外，帯域幅が 1.3 GHz 以上の広帯域-10 dB 帯域幅ではなく，-3 dB の帯域幅（電力スペク
トルのピークから 3 dB を下がったところの帯域幅）を指している．中心周波数を 4492.8 MHz とした理由は 4.2
GHz から 4.8 GHz までの帯域において，日本と欧州のレギュレーションではそれぞれ 2008 年と 2010 年末まで

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN（注 1）：IEEE802.15.4a は① 3.1 〜 10.6 GHz バンド UWB，② 1 GHz 以
下 の サ ブ GHz バ ン ド UWB 及 び ③ 2.4 GHz バ ン ド の CSS (Chirp
Spectrum Spread) の三つを含めるが，ここで一般に UWB として利用される①のみを紹介する．
（注 2）：開放時限をすぎると，他のシステムとの干渉を避けるためのDAA(Detect And Avoid) 技術の実装が義務づけられる．

77

小特集❶

3.1 UWB バンドのチャネル割当

BPM
{0}
T BPM

BPM
{1}
T BPM

バーストスクランブル区間

ガード区間

バーストスクランブル区間

ガード区間

……
……

……
……

……
……

……
……

……
……

……
……

……
……

BPSK
{0}

T burst
BPSK
{1}

……
……

T sym = N cT c

…

Tc

図3

シンボル構成及び BPM+BPSK 変調の仕組み

M + 48ʻ位置ʼビット

b 0,…, b M-1, p 0, p 47
M ビット
b 0,…, b M-1

RS 符号（K + 8, K）

BPM
&
BPSK

畳込み符号
（k = 3, R =1/2）
M + 48ʻ極性ʼビット

図4

誤り訂正符号

チャネルがいくつか用意されている．電力密度が決まっ

スバーストがホッピングできる区間で，異なる端末間のているため，帯域幅を大きくすれば発射電力が大きくな

パルスバーストの衝突回避のために用いられる．後者はり，より高速なデータレートをサポートできるからであ

伝搬路遅延スプレッドを吸収するために設けられている．また，帯域幅が広いほど時間分解能が上がり，測距・る．この二つの区間は等時間幅をもつことから，パルス測位の精度向上につながる．表 4 では必須中心周波数とバーストは T sym/4 の時間幅の中をホッピングすることして，ローバンドとハイバンドの二つのものが含まれるになる．パルスバーストの時間幅 T burst はデータレー

が，システムを実装する際，ローバンドとハイバンドのトに依存し，複数個のチップからなるが，一般に T burst

どちらかを実装すれば標準規格が満たされる．

% T sym である．したがって，スクランブルを利用して

3.2 変復調と誤り訂正

マルチユーザアクセスをサポートできる．また，図 3 に

IEEE802.15.4a の特徴の一つは良い性能を重視する同示すようにパルスバーストの極性を用いて，BPSK の ‘0’

期復調と安価でシンプルな構成を重視する非同期復調をと ‘1’ を割り当てられる．すなわち，BPM と BPSK を

同時にサポートできることである．そのために変調方式組み合わせて 1 シンボルで 2 ビットを伝送できる．受信と し て， バ ー ス ト 位 置 変 調（BPM：Burst Position

機に同期検波器を用いれば上記 2 ビットを復調できる

Modulation）とバイナリー位相変調（BPSK）を組み合わが，非同期検波器を用いた場合は BPM の 1 ビットのみせて用いた．図 3 を用いて変調シンボルの構成と変調のを復調する．

仕組みを解説する．一つのシンボルに時間幅 T c のチッ

誤り訂正符号（FEC：Forward Error Correction）としプが配置可能な総数は N c 個で，シンボル長は T sym=て一般によく用いられるガロア体 GF (26) 上の組織リー

T c・N c となる．また，一つのシンボルを時間幅 T BPM=
T sym/2 の二つの BPM 区間に分け，それぞれにバイ ナ

ドソロモン（RS）符号及び組織畳込み符号を用いた．誤リ ー BPM の ‘0’ と ‘1’ を 割 り 当 て る． 更 に， 一 つ の（K+8，K）の RS 符号化器において，48 個のパリティ

BPM 区間はパルスバーストを伝送するバーストスクラ

ビットが付加され．更に，拘束長が k=3 と符号化率がンブル区間とガード区間に分けられている．前者はパル

R=1/2 の畳込み符号化器において，倍のビットが付加

78

り訂正符号の構成を図 4 に示す．M 個のデータビットは

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007di ( n ) = )は変調器で BPM 変調し，また，畳込み符号化器で付加した M+48 個のパリティビットは変調器で BPSK 変調

1
0

n=0
n = 1, 2, g, L - 1（2）

される．すなわち，BPM と BPSK はそれぞれパルス

ただし，デルタ関数の長さ L はチャネルによって 4，バーストの 位置 と 極性 を記述することになる．ここ16，64 などの値をとる．一般に SYNC 区間が長ければで，一般に使われている RS 符号と拘束長 k=3 の畳込

長いほどチャネル推定と測距の精度が上がる．ここで，み符号を選んだのは，構成の簡単さと性能のバランスを端末の移動によるチャネル変動と距離変動への対応を考考慮した結果である．RS 符号と畳込み符号は必須仕様

慮に入れ，SYNC 区間長は 16，64，1024，4096 シンボルとなっているが，これは送信機に対する規定である．受の四つから選択可能とした．一方，SFD 区間はプリア

信機では消費電力の低減と安価の装置を実装するため，ンブルの後に続くデータシンボルの開始を宣言し，タイRS 復号器のみを実装してもよいし，復号器を実装しな

ママーカの役割を果たす．SFD は基本的に図 5 に示し

いこともできる．符号器を実装することによってシステ

た 8 シンボルの構成を用いる．ただし，データレートがムの複雑度は大きく変わらないが，復号器における復号

オプションの 110 kbit/s の場合のみ，64 シンボルを用処理は複雑度の増大と消費電力の増加につながるからで

いて SFD を構成するが，ここでは説明を省略する．注ある．

意すべき点として，プリアンブルシンボルとデータシン

3.3 PRF とデータレート

ボルとで異なる PRF 値をもっている．以下では，直接

図 3 のシンボル構成はデータシンボルに対する定義でデータレートと関係のあるデータシンボルについて説明

あ る． 必 須 チ ッ プ レ ー ト（ ピ ー ク PRF：Peak Pulse

解説論文される．RS 符号化器から出力された M+48 個のビットする．

Repetition Frequency）は 499.2 MHz であるため，図 3

データシンボルの必須平均 PRF は表 3 に示すようにのチップ長（時間幅）T c は約 2 ns となる．データシンボ

15.6 MHz と 3.9 MHz の二つがある．平均 PRF は 1 シルとは別にプリアンブルシンボルがある．プリアンブル

ンボルに含まれるパルスの数で定義されるため，平均の役割はチャネルの初期捕そく，通信路推定，パケット

PRF が大きければ，1 シンボル当りのパルス数は多くな

同期及び測距などを行うことである．したがって，デーる．その結果，出力電力を一定としたときにパルスの尖タシンボルとは逆にパルスを定常的で均一に発生させる

頭電圧値は小さくなるメリットがある．一方，遅延スプ必要がある．上記役割を果たすために，完全な周期自己レッドの大きい通信環境下において，PRF が大きくな

相 関 特 性 を 有 す る PBTS 符 号（Perfect Balanced

ればパルス間干渉が生じる確率は大きくなる．特に電力

Ternary Sequences）をプリアンブル用パルス列として検波のような非同期検波器は特性劣化を受けるおそれが選んだ．必須仕様で符号長 31 ビットの PBTS とオプ

ある．平均 PRF を小さくすることによって，上記電力

ションで符号長 127 ビットの PBTS 符号はそれぞれ用検波の特性劣化を抑えられる．以上の PRF 値のトレー意されている［16］．図 5 にプリアンブルの構成を示す．

ドオフ関係から必須仕様では二つの平均 PRF を用意しプリアンブルは SYNC（Synchronization）区間と SFDた．この二つの平均 PRF 値は整数倍関係にあるので，（Start Frame Delimiter）区間に分けられる．SYNC 区

同じパルス生成器を用いて生成でき，複雑度を上げるこ間において，シンボル S i を一様に送っている．ただし，となく構成できる．

S i は次のように PBTS 符号 C i を拡散することによって

IEEE802.15.4a の必須データレートが 850 kbit/s であ得ている．

るが，オプションとして，110 kbit/s や 6.81 Mbit/s とSi = Ci 7 d L ( n )27.24 Mbit/s などのデータレートが用意されている．110（1）kbit/s は測距・測位をメインとするアプリケーションのために設けられ，6.81 Mbit/s と 27.24 Mbit/s はデータ

ここで，デルタ関数 dL は次式で定義される．

SYNC 区間
SFD 区間（16, 64, 1024, 4096 シンボルのいずれかを用いる）（8, 64 シンボルの 2 択）
Si

…

…

Si

0

図5

Si

小特集❶

Si

Si

0

8 シンボル時の構成
- Si
Si
0

0

- Si

プリアンブル構成

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

79

表5

平均 PRF とデータシンボルパラメータ，符号化率及びデータレートの対応関係

平均
PRF
（MHz）

データシンボル構成パラメータ

FEC 符号化率

シンボル
ビット
レート
レート
（Msymbol/s） （Mbit/s）

Nburst

Nhop

Ncpb

Nc

Tburst（ns）

Tsym（ns）

k=3

RS

15.60

32

8

128

4096

256.418205.13

0.5

0.87

0.12

0.11

15.60

32

8

16

512

32.04

1025.64

0.5

0.87

0.98

0.85

15.60

32

8

2

64

4.01

128.21

0.5

0.87

7.80

6.81

15.60

32

8

1

32

2.00

64.10

1

0.87

15.60

27.24

3.90

128

32

32

4096

64.10

8205.13

0.5

0.87

0.12

0.11

3.90

128

32

4

512

8.01

1025.64

0.5

0.87

0.98

0.85

3.90

128

32

2

256

4.01

512.82

0.5

0.87

1.95

1.70

3.90

128

32

1

128

2.00

256.41

1

0.87

3.90

6.81

Nburst：1 シンボル当りのパルスバースト区間の数
Nhop：バーストスクランブル区間におけるパルスバーストのホッピング区間の数
Ncpb：パルスバーストに含まれるチップ数

レートを重視するアプリケーションのために用意され用いた非同期受信機にとって好都合である．

た．必須仕様のデータレートとオプションのデータレー

3.4 パルス波形

トを異なる動作モードと見ることができる．ただし，オIEEE802.15.4a の必須仕様パルス波形として，ロール

プションの動作条件について，この章の最後で述べる．

オフ率が 0.6 のルートレイズドコサインパルスを指定しプリアンブル符号長が必須仕様の 31 bit のときに，二つた．これを式（5）に示す．

の必須平均 PRF に対応するデータシンボル構成のパラ
メータと符号化率及びデータレートを表 5 にまとめた．

( 1 + b ) rt
F+
cos <
Tp

ここで，N cpb は一つのパルスバースト当りのチップ数を表し，図 3 の関係を用いて次式より求まる．

Ncpb =

TburstTc（3）

また，N burst は 1 シンボル当りのパルスバースト区間の数で，次式より計算される．

T sym
Nburst =Tburstr (t) =

4b
r Tp

d

sin <

( 1 - b ) rt
F
Tp
4bt
Tp

2

4bt
n -1
Tp

（5）

ただし，b=0.6 はロールオフ率を表し，T p は用いたパルスの時間幅である．一方，他のパルス波形を用いると（4）

N hop は図 3 の一つの BPM 区間におけるバーストスク

きに，次の式で定義されるパルス間の相互相関係数

z (x) =

3
1
Re # r ( t ) p * ( t + x ) dt
-3
Er E p（6）

ランブル区間にあるパルスバースト区間の数である．すなわち，パルスバーストはスクランブルを行うためにが 0.7 以上でなければならない．ここで，r (t) は式（5）ホッピングできる区間の数である．したがって，N hop=の必須仕様パルス，p (t) は r (t) と異なるパルス波形，

N burst/4 が成り立つ．

* は複数共役を表す．また，E r と E p はそれぞれ r (t) と表 5 のパラメータ設定は同じ平均 PRF に対して，1

p (t) のエネルギーである．式（6）の条件は同一ピコネッ

シンボルに含まれるパルスバースト区間の数が同じであトの中に異なるパルス波形を用いたデバイスが同時に存ることを前提としている．したがって，データレートの在する環境下においても，デバイス間の通信が行えるこ

変更は一つのパルスバーストに含まれるパルスの数を変とを保障するためのものである．

えることによって実現されている．パルスバースト長は一方，種々な用途に対応するため IEEE802.15.4a で含まれているパルス数に従って変わるので，シンボル長は三つのオプションパルス波形を用意している．これらもデータレートによって異なる．平均 PRF15.6 MHz とはチャープ UWB（CoU：Chirp on UWB），連続スペク

3.9 MHz を比較すると，後者の 1 シンボル当りのパルス

トルパルス（CS：Continuous Spectrum），及び UWB 線

バースト区間数とバーストスクランブル区間におけるパ

形組合せパルス（LCP：Linear Combination of Pulses）

ルスバーストのホッピング区間数はそれぞれ前者の 4 倍である．LCP はパルスを組み合わせたものを一つのパである．遅延スプレッドの大きい環境下では電力検波をルス波形として扱い，使用可能なパルスに拡張性をもた

80

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

ように 1 シンボル長はデータ伝送区間とガード区間に分

テ ィ ン グ す る ピ コ ネ ッ ト（SOP：Simultaneously

けられ，更にデータ伝送区間においてパルスバーストがOperated Piconets）の数を増やしたり，ピコネット間のホッピングしているため，CCA の操作を難しくしてい

相互干渉を低減させたりする役割を果たす．例として，

る．また，対象としているアプリケーションでは一般的

CoU パルスは次式によって定義される．

にネットワークのトラヒックが小さいと考えられるた

解説論文

らしている．CoU と CS オプションは同時にオペレー

め，必須仕様でのチャネルアクセス方式を ALOHA と

rat2
d
n
pCoU ( t ) = * r ( t ) exp -j 2
0 others

T
T
#t#
2
2 （7）

ここで，r (t) は式（5）のレイズドコサインパルスで，
a=B/T はチャープレートである．占有帯域幅が必須仕様の 499.2 MHz のとき，a は∓ 500 MHz/2.5 ns の値をとる．CoU パルスを用いることによって周波数バンドとバーストホッピングと異なる SOP をサポートする次元（チャープレート）を提供できるだけでなく，チャープ
信号の優れた相関特性を利用して，ピコネット間の干渉を抑えることができる．例として図 6 に CoU を用いる
ときと用いないときのピコネット間の干渉特性を示す［19］．横軸は希望ピコネットデバイスからの電力（P c）と干渉ピコネットからの電力（P i）の比で，縦軸はビット誤り率（BER：Bit Error Rate）を示す．また，信号対雑音比（E b/E 0）をパラメータにとっている．いずれの信号
対雑音比の値においても CoU を用いることによって
BER を低減できた．信号対雑音比は小さいほど，CoU

した．
しかし，トラヒックの大きいアプリケーションにおいて，ALOHA 方式ではパケットの衝突確率が大きくな
り，ネットワーク全体のスループットは低下してしまう
お そ れ が あ る． こ れ を 避 け る た め に， 必 須 仕 様 のALOHA 以外に，UWB の CCA オプションを用意した．
UWB のデータシンボル区間においても CCA を可能とするために，プリアンブルシンボルを周期的にデータシンボル区間に挿入した．図 7 にデータフレーム構成を示
す．データフレームはプリアンブル部とデータ部からなり，データ部にはヘッドとデータシンボルからなる．
CCA を行わなければ，プリアンブルの後にデータシン
ボルのヘッドとデータシンボルが続くが，CCA を行う
ときにはプリアンブルシンボルが周期的にデータ部に挿入される．これは移動通信等でパイロットシンボルによるマルチパスの推定・補償のフレーム構成と似ているが，ここでは CCA に定常的なセンシング対象を提供すの BER 低減効果は大きい．なお，チャープ信号の相関
プリアンブル
シンボル区間特性は測距・測位精度を高めるのにも好都合である．
3.5 チャネルアクセス方式
IEEE802.15.4 で は チ ャ ネ ル ア ク セ ス 方 式 と し て
CSMA-CA （Carrier-Sense Multiple Access with

ヘッドとデータシンボル区間

挿入前

Collision Avoidance）を用いている．CSMA-CA を行う
ために CCA（Clear Channel Assessment）と呼ばれる

挿入後…

チャネルは占用されているかどうかの評価プロセスを施す必要がある．一方，IEEE802.15.4a では 3.2 で述べた

挿入されたプリアンブルシンボル（4 データシンボル対 1 プリアンブルシンボル）

図7

E b / N 0 = 6 dB
E b / N 0 =10 dB
E b / N 0 =15 dB

BER

10 -1
10

CoU CoU
なし あり

-2

10 -3

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

CoU による SOP 特性の向上

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

CCA 成功率 95％

0.2
0.15
0.1

CCA 成功率 80％
ALOHA

0.05
0

P c /P i（dB）

図6

全フレーム CCA

0.25

小特集❶

10 -4
10 -5
-10 -9

プリアンブルシンボル挿入前後のフレーム構成規格化したスループット

10 0

図8

10 -1

10 0
ネットワークの負荷

CCA によるスループット特性の改善

81

ることが目的である．CCA の成功率とスループット等

効な干渉回避技術（DAA：Detect And Avoid）の実装がを勘案して，挿入されるプリアンブルシンボルとデータ求められる．DAA が実装されない場合は電力マスクがシンボルの比率は 1 対 4 の割合のときに特性がよいこと-41.3 dBm/MHz から -70 dBm/MHz に引き下げられを確認した．

る．ただし，時限装置として 4.2 GHz から 4.8 GHz ま

図 8 に CCA を行うことによるスループット特性の改でにおいて，2008 年末まで DAA がなくても使用する

善効果を示す［20］．横軸はネットワークの負荷で，ネッことができる．いずれにしても将来に UWB を使用する

トワークに入力されるトラヒック量とネットワーク容量

上で DAA が不可欠な技術であり，安価で有効な DAAとの比で定義される．縦軸は規格化したスループット

技術の開発は急務である．一方，7.25 GHz から 10.25

で，データシンボル伝送に使用されるネットワーク容量

GHz ま で の 帯 域 に お い て DAA の 制 限 が な い の で，とネットワーク全体容量との比で定義される． ALOHAUWB ハイバンドでの安価の装置化は今後の課題であと CCA の特性以外，全フレーム CCA の特性も与えた．

る．欧州では DAA の代わりに LDC（Low Duty Cycle）

これはフレーム全体にわたって CCA が可能であるとのを用いることも可能としているので［18］，その動向を注

仮定での理想特性である．また，CCA について，CCA

目したい．日本のレギュレーションで UWB を利用しやの成功率は 95％と 80％のときの特性を示した．ネット

すくした点がある，UWB の帯域幅は 450MHz 以上を満

ワーク負荷が 10％以下であれば，ALOHA を用いてもたせばよいとの規定である．

十分なスループットは得られることが分かる．一方，

ここでは省略するが，IEEE802.15.4a では測距・測位

ネットワーク負荷が 10％を超えると，CCA を用いるこ

方式についてレビューを行い，TOA（Time Of Arrival）とによってスループットを改善できる．CCA の成功率

や TDOA（Time Difference Of Arrival）などの測距・が大きいほど，スループットの改善効果は大きい．ここ

測位方法を勧めている［16］．高精度の測距・測位を行う

で，CCA の成功率はチャネルが占用されているときに，ためにいくつかの課題を解決しなければならない．まず，

CCA がこれを正しく検出したことを指す．成功率が測距・測位の基本は測距しようとする二つの端末間での0％に近づくと，スループット特性は CCA を行わない

測距パルスの伝送時間を測ることである．測距はナノ秒

ALOHA のそれに近づく．

単位で行わなければならないので，伝搬時間を同じ精度以上では IEEE802.15.4a の必須仕様と主なオプショで測る必要がある．そのために，測距パルスをいかに精

ンパラメータについて解説した．デバイス間通信に支障

度良く検出できるかが重要である．特にマルチパス環境が生じないように，ピコネット加入またはチャネルアク

下において，遅延波に含まれるパルスは先頭パルスよりセス時には必ず必須仕様パラメータを用いることが定めも大きい電力をもつことがある．比較的小さい先頭パル

られている．また，オプションパラメータを用いて通信スを正確に検出するための工夫が求められる．また，マを行うときに同一ピコネット内のすべてのデバイスが同ルチパス環境下において直接波は存在しないときの測距

オプションパラメータを具備している場合に限ることはなど様々な課題が残されている［24］〜［26］．次に，測距・規定されている．

測位の精度に影響を与えるものとして，測距する二つの端末間のクロックオフセットがある．二つの端末がもっ4．利用上の問題点と課題ている時計間の同期誤差によるものもあれば，端末の水

ここでは，筆者らは UWB の研究開発並びに標準化活動を行う中で感じている IEEE802.15.4a を利用するときの問題点及び今後の課題について述べる［19］〜［23］．
ションを行っている．日本のレギュレーションでは
UWB を利用するときのデータレートが 50 Mbit/s 以上を満たさなければならないと規定し，IEEE802.15.4a の利用は制限されることになる．FCC と欧州などでは類似する規定はない．ただし，日本のレギュレーションを2008 年末以後に見直しする予定で，制限が緩和されることを期待したい．一方，日本と欧州は FCC 以上に厳しい UWB 電力マスクを課している．例として図 9 に日EIRP（dBm/MHz）FCC に続いて，日本と欧州などは UWB のレギュレー

3.4 4.2 4.8

-40

82

10.25

2008 年
末まで時
限開放

-50
-60
-70

有効な干渉回避機能の実装が必要．ただし，4.2〜4.8 GHzにおいて 2008 年末までは実装しなくてもよい

-80
-90

-100

1

2

3

本の電力マスクを示す．UWB ローバンドで利用可能の
周波数バンドは 3.4 GHz から 4.8 GHz まであるが，有

7.25

図9

4

5
6
7
8
周波数（GHz）

9

10

11

日本の UWB 電力マスク

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

もある．上記のいずれも測距精度を大きく劣化させる可能性があるので，対策を講ずる必要がある［22］．また，測位は一般的に 3 点からの距離が分かれば可能であるが，3 点との測距・測位アルゴリズムを吟味する必要がある［23］．更に，3 点間の相互位置関係の測位精度への影響や，測位アルゴリズムの簡素化による消費電力の低減などの課題がある．
最後に，IEEE802.15.4a は主に物理レイヤ仕様を規定しているが，受信機の構成を定義していない．より良い性能を目指す同期受信機と安価でシンプルな構成を目指す非同期受信機のほかに，データレートや他のオプショ
ンパラメータを選択することができる．いかにアプリ
ケーションに合致した低コストで性能の良い装置の開発は重要である．

5．む す

び

標準規格 IEEE802.15.4a は UWB 技術の特徴である
広帯域性と高い時間分解能を活用し，同じ物理レイヤ仕様を用いて通信と測距を同時にサポートできるメリット
が あ る． 先 に 成 立 し た 低 速 無 線 PAN の 標 準 規 格
IEEE802.15.4 と 比 べ て よ り 低 い 消 費 電 力 と よ り 高 い
データレートを実現し，より精確な測距・測位を行えるなど様々な潜在能力を有している．
本論文は IEEE802.15.4a の必須仕様と主要オプションについて解説したもので，標準規格をすべて網羅する
ものではないことに注意されたい．IEEE802.15.4a は異なるアプリケーション要求に対して数多くのオプション
仕様を用意している．必須仕様とオプションをうまく利用することによって，伝搬距離が 30 m 以上，データ
レートが 850 kbit/s 以上，測距・測位精度が数十センチ以下を実現できる．これらの特徴を利用して，低速無線
PAN の利用分野が拡大され，利用はいっそう加速されることを期待したい．
文

献［1］ J. A. Gutierrez, E. H. Callaway. Jr., and R. L. Barrett, Jr.，
Low-rate wireless personal area networks ─ enabling

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

ubiquitous networking a reality?: A discussion on apotential low power, low bit rate standard, ” IEEE
Commun. Mag., vol.00, no.00, pp.140 ─ 146, June 2004.
［9］ 渡辺孝一，立石和也，杉山雄一，井家上哲史， センサネッ
トワークにおける受信電力を用いた屋内位置推定方法の検討， 第 29 回 情 報 理 論 と そ の 応 用 シ ン ポ ジ ウ ム 予 稿 集，vol.1, pp.267 ─ 270, Nov. 2006.
［10］ G. R. Aiello, “ Challenges for ultra - wideband (UWB)
CMOS integration,” Microwave Symposium Digest, 2003
IEEE MTT-S International, vol.I, pp.8 ─ 13, June 2003.
［11］ R. Roberts, “ Ranging committee final report, ” IEEE
802-15-04- 0581- 04-004a, Nov. 2004.
［12］ A. F. Molisch, “ IEEE802.15.4a channel model final
report,” IEEE 802-15-04- 0535- 04-004a, Sep. 2004.
［13］ P. Rouzet and J. Ellis，“TG4a technical requirements,”
IEEE 802-15-04-0198-02-004a, May 2004.
［14］ J. Ellis and P. Rouzet, “P802.15.4a Alt PHY selection
criteria,” IEEE 802-15-04-0232-16-004a, Nov. 2004.
［15］ http://www.ieee802.org/15/pub/TG4a.html［16］ 李 還幇，前木 陽， センサネットワーク向け UWB 無線
規格 IEEE802.15.4a， 信学誌，vol.89, no.5, pp.384 ─ 389,
May 2006.
［17］ http://www.soumu.go.jp/s-news/2006/060327_3.html［18］ J. Schwoerer, “ Evolution of European regulation on
UWB,” IEEE 802-15-07-0573-00-004a, Jan. 2007.
［19］ H. - B. Li, K. Takizawa, S. Sasaki, T. Ikegami, and R.
Kohno, “DS-UWB with an optional CS-UWB for low-rate
wireless personal area networks, ” Conference Proceedings, 14th IST Mobile & Wireless Communications
Summit, Dresden, Germany, June 2005.
［20］ B. Zhen, H.-B. Li, Y. Qi, and R. Kohno, “CCA of UWBchannel,” IEEE 802-15-05-0668-01-004a, Nov. 2005.
［21］ K. Takizawa, H.-B. Li, N. Iwao, J. Takada, and R. Kohno，“Overview of research, development, standardization,and regulation activities in NICT UWB project,” IEICE
Trans. Fundamentals, vol.E89-A, no.11, pp.2996 ─ 3005,
Nov. 2006.
［22］ B. Zhen, H.-B. Li, and R. Kohno, “Clock offset compensation in ultra - wideband ranging, ” IEICE Trans.
Fundamentals, vol.E89-A, no.11, pp.3082 ─ 3088, Nov.
2006.
［23］ H. - B. Li, N. Iwao, K. Takizawa, and R. Kohno ，“ Aprototype UWB system supporting both low - ratec o m m u n i c a t i o n s a n d h i g h p re c i s i o n r a n g i n g , ”
Conference Proceedings, 2006 China - Japan Joint
Microwave (2006 CJMW), vol.2, pp.562 ─ 565, Aug. 2006.
［24］ J.-Y. Lee and R. A. Scholtz, “Ranging in sense multipath
using an UWB radio link,” IEEE J. Sel. Area Commun.,vol.20, no.9, pp.1677 ─ 1683, Dec. 2002.
［25］ I. Guvenc and Z. Sahinoglu, “Threshold selection for
UWB TOA estimation based on Kurtosis analysis,” IEEE
Commun. Lett., vol.9, no.12, pp.1025 ─ 1027, Dec. 2005.
［26］ Y. Qi, H. Kobayashi, and H. Suda, “On time-of-arrival
positioning in a multipath environment, ” Conference
Recording, IEEE VTC2004-Fall, vol.5, pp.3540 ─ 3544,
Sept. 2004.
（平成 19 年 3 月 26 日受付，5 月 7 日再受付）

小特集❶

wireless sensors with IEEE 802.15.4TM, IEEE Press,
2004.
［2］ http://www.zigbee.org/［3］ http://grouper.ieee.org/groups/802/15/［4］ K. Siwiak and D. McKeown, Ultra - wideband radio
technology, John Wiley & Sons, Ltd., 2004.
［5］ M. Ghavami, L. Michael, and R. Kohno, Ultra wideband
signals & systems in communication engineering, John
Wiley & Sons, 2004.
［6］ 河野隆二， 通信の常識をひっくり返す無線ブロードバンドの核心，「ウルトラワイドバンド
（ＵＷＢ）
無線技術」
前編，日
経コミュニケーション，pp.152 ─ 157, 7 月 1 日号，2006．
［7］ 河野隆二， 通信の常識をひっくり返す無線ブロードバンドの核心，「ウルトラワイドバンド
（ＵＷＢ）
無線技術」
後編，日

経コミュニケーション，pp.88 ─ 93, 7 月 15 日号，2006．
［8］ J. Zheng and M. J. Lee ，“ Will IEEE 802.15.4 make

解説論文

晶発振器の安定度に起因する相対周波数偏差によるもの

83李還幇（正員）▶昭 61 中国北方交通大学・工・通信と制御卒．平 3 名古屋工業大学大学院博士前期課程了．平 6 同大学院博士後期課程了．博士（工学）．同年郵政省通信総合研究所（現
独立行政法人情報通信研究機構）入所．以来， 技 術 試 験 衛 星 ETS-VI や COMETS など用いた移動体衛星通信の実験研究，UWB技術の研究開発及び標準化活動などを経て，現在，同医療支援 ICT グループ主任研究員．医療及び健康支援のための無線通信技術の研究開発及び標準化活動に従事．平 11〜 12 米国スタンフォード大客員研究員．平 14 より電通大客員准教授．平 18 年 5 月より IEEE802.15.MBAN 副議長．平 7 年度本会学術奨励賞，平 9 年度同論文賞，平 12 科学技術庁注目発明各受賞．著書「ビタビ復号を用いたブロック符号化変調方式」（トリ
ケップス，平 11）．

滝沢 賢一（正員）▶平 8 長岡工業高専・電気卒．平 15 新潟大学大学院自然科学研究科博士後期課程
了．博士（工学）．同年独立行政法人通信総合研究所（現在，独立行政法人情報通信研
究機構）入所．平 15 〜 17，UWB 結集型特別グループに所属，ウルトラワイドバンド
無線通信の研究及び標準化に従事．現在，医療支援 ICT グループに所属，医療及び健康支援のための無線通信技術に関する研究開発及び標準化に従事．
平 18 年度本会学術奨励賞受賞．

甄

河野 隆二（正員：フェロー）▶ 昭 54 横 浜 国 大・ 工・ 情 報 卒． 昭 59 東大大学院博士課程了．工博．同年東洋大・工・講師．昭 61 同大学・工・電気助教授，昭63 横浜国大・工・電子情報助教授を経て，
平 10 より同教授．昭 59 〜 60 カナダ，ト
ロント大客員研究員．情報通信システム，
情報理論，符号理論，ディジタル信号処理，
スペクトル拡散通信（CDMA），移動通信，
高度交通システム（ITS），アレーアンテナによる時空間信号処理，
ソフトウェア無線 (SDR)，UWB 無線の研究に従事．平 10 〜 14
ソニーコンピュータサイエンス研究所先端情報通信研究室室長兼業，平 14 より独立行政法人通信総合研究所 UWB 結集型特別グ
ループリーダ併任，平 14 文部科学省 21 世紀 COE プログラム「横浜国立大学：情報通信技術に基づく未来社会基盤創生」拠点リーダ．
本会スペクトル拡散研究専門委員会委員長，同 ITS 研究専門委員会委員長，同ソフトウェア無線時限研究専門委員会委員長，IEEE
Transactions on Communications 及び Transactions on Information Theory の Editor，IEEE Information Theory Society 理事などを歴任，平 11 年度本会業績賞受賞「スペクトル拡散通信に関する先駆的研究」，平 15 第 1 回ドコモモバイルサイエンス賞先端技術優秀賞受賞．

斌▶平 3 中国西安交通大学・工・電子卒．平6 同大大学院修士課程，平 9 同博士課程了．
工博．平 12 〜 14 サムスン綜合技術研究院において，Bluetooth SIG や WiMedia 関連の研究開発に従事．平 15 〜 16 NTT 未
来ネットワーク研究所において，RFID と
リアルタイム測位方式の研究開発に従事．
平 17 より独立行政法人情報通信研究機構
専攻研究員．UWB 技術の研究開発及び標準化活動などを経て，現在，同医療支援 ICT グループ専攻研究員．医療及び健康支援のための無線通信技術の研究開発及び標準化活動に従事．

84

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド

解説・報告
UWB 無線にまつわる法規制
東京工業大学高田潤一

1．ま え が きれておらず，また利用する周波数帯の割当もされていない．
このため，周波数監理を行う Study Group（SG）1 のもとに2002 年 の First Report and Order に 始 ま る 米 国 FCC

TG 1/8 “Compatibility between Ultra-Wideband devices（Federal Communications Commission）による UWB（Ultra-（UWB）and radiocommunication services” が 設 け ら れ た．

Wideband）開放政策は，それまでの ITU-R（International

TG 1/8 で は 共 存（coexistence） で は な く 両 立 性（com-Telecommunication Union-Radiocommunication sector）に

patibility）に対して検討がスタートし，後には既存業務へのよる電波監理の考え方とは大きく異なるもので，諸外国に波影響（impact）という形で議論が進められた．TG 1/8 は 2003

紋を広げた．無線通信規則（Radio Regulations：RR）［1］4.4

年 1 月から 2005 年 10 月にかけて合計 6 回開催され，4 本のにおいても，RR に基づいて運用される無線通信業務に有害新勧告案と 1 本のレポート案を出力して終了した．これらのな混信を生じさせないこと，有害な混信からの保護を要求し新勧告案，新報告案は SG 1 での審議を経た後に ITU 加盟

ないことを明示することを前提に，周波数配分の例外が認め各国の郵便投票に付され，すべて承認された．2007 年 4 月

られており，我が国においても微弱電波という形で適用され

現在，4 本の新勧告はすべて発行済であり［2］〜［5］，新報告てきた．しかしながら，FCC が認めた放射電力のレベルがはドラフトのまま公開されている［6］．

ITU-R でこれまで検討されてきた許容干渉量に比べて非常に大きい点が議論となった．FCC の政策は，許容される電波の放射に関する規制は，放射が意図的であるとないとにか

2.1 UWB 技術の特徴
勧告［3］は UWB の定義を含む，基本的な特徴についてまとめたもので三つ Annex（注 1）より構成される．
Annex 1 は用語・略語の定義である．「UWB 技術（UWB

従来の電波監理の枠組みにおいては，意図的な電波の発射とTechnology）」は，近距離無線通信を行うために，無線通信

意図しない電波の放射にはそれぞれ異なる基準が適用されて業務に割り当てられた周波数帯を含む非常に広い周波数帯域

いるが，前者の方が後者よりもはるかに厳しい規制のもとにで意図的に電波を送信（transmission）する技術，と定義され置かれているというねじれ現象が生じている．ITU-R では，る．UWB 技術を用いた機器は，典型的には，－10 dB 帯域

Task Group（TG）1/8 において，UWB 機器が既存の通信幅が 500 MHz 以上，あるいは－10 dB 比帯域が 20％以上の業務に与える影響に関して，利害関係者が様々な立場から議電波をアンテナから意図的に発射する．FCC の文書では論に参加し，2005 年 10 月には UWB 技術に関する四つの勧“emission” という語が使用されているのに対して，ITU-R

告案と一つのレポート案をまとめた．これを受けて，日本の勧 告 で は “transmission” と い う 語 が 使 用 さ れ て い る．RR

総務省や欧州の CEPT においても UWB の導入に向けた法

1.137 及び 1.138 には，それぞれ “radiation” と “emission” が規制が整備されている．本報告では，ITU-R TG 1/8 の議論

定義されており，前者は単なる電波の発射を，後者は無線局をベースに，UWB 無線の法規制に関する考え方を述べ，各による電波の発射を表している．UWB 機器は無線通信業務

国の動向について紹介する．最後に，これらの活動を通しては行わないので，“emission” という語は不適切であるとして得た法規制にまつわる個人的な意見・感想を述べる．

退けられた．その一方，“radiation” は放射線のイメージが2．ITU-R TG 1/8 での議論
ITU-R においては，UWB がどの業務に属するかは特定さ解説・報告あるとして，その使用には英語圏の参加国からの強い抵抗が（注 1）：ITU 勧告における Annex は，付録ではなく勧告の具体的な内容
である．

85

小特集❶

かわらず同一であるべき，という物理的考察に基づいていた．

あり，“transmission” を使用することとなった．－10 dB 帯

り，大半の周波数帯において FCC の許容レベルに比べて数域幅という概念は既存の無線通信業務における信号の特徴量

十 dB 小さい．これは，無線通信業務の保護に必要とされてとしては使われておらず，専ら UWB 信号のために定義されいる INR が－6 〜－20 dB と非常に小さな値であることが主たものである．周波数帯域に関しても，占有周波数帯幅（99

な原因である．例えば，固定通信業務［8］を例にとると，誤％電力値），帯域外発射，スプリアス発射などの概念は適用

り特性の劣化要因（電力）を，熱雑音を含む装置の不完全性，

されない．送信時間率（activity factor）は UWB 機器が実際

一次業務内での周波数共用，その他の干渉源の 3 種類に分類に送信している時間率を表す．後ほど述べる UWB の影響のし， そ れ ぞ れ の 比 率 を 89 ％，10 ％，1 ％ と し て い る（ 注 3）．

評価にあたって考慮されるパラメータとなる．

UWB 機器はその他の干渉源に当たるため，劣化要因電力のAnnex 2 は UWB 技術の一般的特徴である．高い利用密度の可能性，高いデータレート，安全な通信，ロバストな通

1％，すなわち INR －20 dB が割り当てられられるとしてい
る．

信などの特徴が述べられている．続いて，通信路容量，電力勧告の Annex 1.2 は実機を用いた様々な干渉実験の結果

スペクトル，変調方式，共通信号方式（commonsignaling

である．必ずしも体系的なデータではなく，個々の実験結果

mode），マルチパスの影響，イメージング及び位置推定などを並べた形となっている．Annex 1.3 は様々な干渉軽減法をの性質を定義している．

リストアップしたもので，スペクトルの制御，交差偏波の使Annex 3 は UWB 技術の運用上の特徴である．通信機器，

用，ノッチフィルタ，変調方式の工夫，周波数ホッピング，

車載レーダ，地中レーダなどの用途別の特徴，及び，それぞチャープ信号，バースト発振，アンテナによる空間制御，干れの用途における稼動率が与えられている．特に複数の渉検出回避（detect and avoid technology：DAA）技術など

UWB 機器からの干渉を考える際に，稼動率が重要なパラが含まれている．

メータとなる．

Annex 2 は，前述したように単一 UWB 機器及び UWB

2.2 UWB 機器が無線通信業務に与える影響

機器の集合が干渉源の場合それぞれに対する干渉評価の方法

勧告［5］は UWB 機器が送信する信号が無線通信業務の範をまとめたものである．

疇で運用される各種システムに対して与える影響を，解析的

2.3 周波数監理の枠組み

及び実験的に評価した結果，及び影響を軽減する技術につい勧告［4］は UWB 機器を導入するにあたっての周波数監理てまとめたもので，二つの Annex からなる．本勧告は結果の枠組みをまとめたもので，一つの Annex とこれに対するだけをまとめたもので，個別の検討方法に関する詳細な記述

三つの Appendix からなる．前文の “recommends” では RR

は報告［6］に示されている．

4.4 への準拠の帰結として，UWB 機器が他国の無線通信業

勧告の Annex 1.1 では，机上検討による無線通信業務ご務に対しいかなる悪影響を与えることも禁じるとともに，既との影響の評価結果を，UWB 機器の最大許容 e.i.r.p.（dBm/

存業務による UWB 機器への影響が生じても保護を求めるこ（注 2）．許容最大 e.i.r.p. の算出にあとを禁じている．Annex 1 2.2 では，特に安全のための業務

た っ て は， 評 価 方 法， 保 護 に 必 要 な 干 渉 対 雑 音 電 力 比と受動業務の保護を強く求めており，RR 5.340 による発射（interference to noise ratio：INR），稼動率，被干渉システ

禁止帯の厳守が明示されている．受動業務とは，観測対象がムの特性，UWB の特性，干渉及び導入のシナリオなど様々

自然現象として発する微弱な電波を観測するものであり，な条件を考慮する必要があるため，勧告には主要な条件だけ

DAA のような技術が使用できないためである．3.1 ではが明記され，詳細な説明は報告を参照する形式になっている．

UWB の周波数監理の枠組みとして，UWB 信号の平均電力勧告の Annex 2 で示されるように，干渉のメカニズムは 2

及び尖頭値電力のスペクトル密度，すなわちスペクトルマス

種類に大別される．携帯端末のように UWB 機器が被干渉シ

クを用いて技術基準を示すことが勧められている．これは，ステムに非常に近接する可能性がある場合には最近接する

無線通信業務で使用する信号の周波数監理が占有帯域幅，帯UWB 機器からの干渉が支配的になるのに対し，衛星通信の域外放射，スプリアス放射などを使用して行われているのとアップリンクのように多数の UWB 機器からの影響が重畳さ対照的であり，電気機器の不要電波発生に係る電磁環境適合れる場合には UWB 機器の集合として干渉を取り扱う必要が性の試験と同等に行われることを示している．すなわち，米ある．後者については，利用密度，送信時間率などを考えた

国 FCC が 2002 年に UWB の使用を認可した際に導入した

モンテカルロシミュレーションを行うこともある［7］．検討

方法を追認しているといえる．ただし，発射の「禁止」に関しされている無線通信業務は，IMT-2000 を除く陸上移動通信，ては定量的な定義がなく，主発射帯域という概念のない

海上移動通信，航空移動通信／無線航行，IMT-2000，無線

UWB 機器においては，具体的にどうすればよいのかは明示

LAN を含む無線アクセス，アマチュア無線及びアマチュア

されていない．

MHz）の形で表している

無線衛星，気象レーダ，固定通信，固定衛星通信，移動衛星

Appendix には，勧告案が作成された当時の電波監理の例

通信，無線航行衛星，地上放送，衛星放送，地球探査衛星，
宇宙研究，電波天文，と多岐にわたっている．許容 e.i.r.p. の算出は，主に被干渉側のシステム技術者によって行われてお

86

（注 2）
：e.i.r.p. の定義については，2.4 で説明する．
（注 3）：勧告には，この比率は要検討であると書かれているが，10 年以
上この値が使用され続けている．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告示 と し て， 米 国 FCC が 実 施 し て い る 周 波 数 監 理， 欧 州

尖頭電力は参照帯域幅 50 MHz のガウスフィルタに対する

CEPT（European Conference of Postal and Telecom-

出力で定義される．しかしながら，スペクトルアナライザのmunications Administrations）による周波数監理の案，日本

RBW を決定する IF フィルタが理想的なガウス型となる上の総務省がによる技術要件の案が収録されている．このため，

限が 3 MHz 程度であり，それ以上広い RBW を使用した場

FCC 以外の事例については，当時はまだ議論が収束してお合には，フィルタの位相特性やスペクトル形状の影響で正確らず，最終的に決定されたものとは一致していないが，今後な測定ができない．そこで尖頭値検波で 3 MHz RBW のマッUWB の導入を検討する国が検討にあたって参考になること

クスホールド表示とし，最悪値を仮定してコヒーレント信号を目的に収録されているものである．

を仮定した周波数スケーリングを行うことが推奨されてい2.4 UWB 送信信号の測定法
勧告［2］は UWB 機器が送信する信号を周波数監理の観点から測定するための手法についてまとめたもので，一つのAnnex からなる．測定方法は大別して周波数領域・時間領
域 の 2 通 り が あ る． 電 力 は 等 価 等 方 放 射 電 力（effective
isotropic radiation power：e.i.r.p.）で定義された電力スペク
トル密度（単位 dBm/MHz）で評価される．e.i.r.p. は送信電力と最大アンテナ実効利得の積で表され，放射電力密度の指標となる．したがって，実使用状態を模擬した放射測定を原則とし，測定用受信アンテナは利得またはアンテナ係数が既知であるとして，受信電力スペクトル密度から，e.i.r.p. に換算する．
－10 dB 帯域は周波数領域測定により得られる．通常の占有帯域幅の定義とは異なり，1 MHz 分解能帯域幅（resolution（注 4）

bandwidth：RBW）の尖頭値検波により得たスペクトルの最大レベルから 10 dB 低下する周波数のうち，最も高い周波数と最も低い周波数との差で定義される．
測定環境としては，1 GHz 以下が 5 面，1 GHz 以上が 6面の電波暗室を推奨され，距離 3 m を原則としている．
電力スペクトル密度は，1 GHz 以下では CISPR16-1-1［9］準尖頭値検波が，1 GHz 以上では rms 検波（平均二乗検波）及び尖頭値検波が使用される（注 5）．CISPR 準尖頭値検波は通常 の EMC の 放 射 妨 害 波 測 定 に 用 い ら れ て い る も の で，
EMC 測定と機器を共通化することが主な趣旨であると考えられる．1 GHz 以上で 2 通りの異なる検波器が用いられるのは，平均電力と尖頭電力でそれぞれ受信機に与える影響が異なることが理由である．尖頭電力は，受信機初段の低雑音増幅器（LNA）の飽和に関係する量で，参照帯域幅（reference
bandwidth）50 MHz で定義される．50 MHz という数値は，最初に FCC が採用した値を踏襲しており，その説明では
LNA 前段の受信機フィルタのうち，最も帯域幅の広い部類のもの，とされている．
平均電力は，既存の無線通信業務への干渉量を表すもので，
参照帯域幅 1 MHz で定義される．勧告［5］で議論されている
許容電力はほとんどの場合がこちらの値である．
積分時間 1 ms 以内の電力平均値で定義される．積分時間が長いほど，インパルス性の信号に対して rms 検波出力が小さくなるため，上限が定められている．スペクトルアナライ
ザで測定する場合は，rms 検波で RBW を 1 MHz とし，積分時間が 1 ms 以内となるよう掃引時間を調整する．

解説・報告

Limit RBW = Limit BW + 20 log10

RBW
BW 

（1）

により分解能帯域幅 RBW から参照帯域幅 BW への換算を行う．
スペクトルアナライザは受信機とは異なり初段の雑音指数が悪く，例えば 1 GHz における雑音電力は，距離 3 m における e.i.r.p. に換算して－47 dBm/MHz 程度となるため，低雑音増幅器の使用が不可欠となる．
時間領域測定にはオシロスコープを使用するが，スペクト
ルアナライザに比べてダイナミックレンジが小さいため，尖頭電力の最大値を正確に求める場合のみ，使用が推奨される．
この場合，フィルタリングはディジタル信号処理で実現されるため，任意の帯域幅のフィルタが理想的に実現できる．波形測定となるため，受信アンテナの校正データは，振幅のみ
でなく位相も含めた複素アンテナ係数とする必要がある．
なお放射測定以外に給電点における伝導測定も勧告されている．この場合は，別途測定したアンテナ利得を乗積することで e.i.r.p. に換算する．

3．米国の動向1990 年代後半から UWB の導入可能性を検討していた米国 FCC は 2002 年に First Report and Order［10］を発行し，いち早く UWB の解放政策を実施した．UWB 機器は，FCC
規則 Part 15［11］で規定されている．Part 15 は，電波を発射する機器のうち個別免許が不要なものすべてに対して，意
図的・非意図的な電波放射のいずれにも適用される点に特徴がある．スペクトルマスクは地中レーダ，壁透過レーダ，侵入監視システム，医用画像システム，自動車レーダ，屋内シ
ステム，携帯システムのそれぞれに対して個別に定義されており，自動車レーダは準ミリ波帯，それ以外のシステムはマ
イクロ波帯を主に使用する．3.1 〜 10.6 GHz で－41.3 dBm/
MHz というよく知られているマスク値は，屋内・携帯シス
テムに対する平均 e.i.r.p. である．一説によれば，この数値
は CISPR で当時議論されていた 1 GHz 以上の放射妨害波のマスク値をそのまま適用したのではないか，といわれている．
1. でも述べたように，意図的に放射された電波と意図せず（注 4）：スペクトルアナライザの中間周波（intermediate frequency, IF）
フィルタ（通常はガウスフィルタ）の 3 dB 帯域幅．
（注 5）：CISPR については 6.1 で説明する．

87

小特集❶

平均電力は参照帯域幅 1 MHz のガウスフィルタに対するる．すなわちに放射された電波は，分離して測定することが技術上不可能に狭い帯域まで認めている．スペクトルマスクに関しては，

であるばかりでなく，既存の無線通信業務与える干渉量もそ

4.2 〜 4.8 GHz に お け る 平 均 e.i.r.p. を，2010 年 12 月 31 日

れぞれの電力が同じであればほぼ同一であると考えられる．

までの時限付きで，干渉軽減対策がない場合でも上限－41.3

したがって，両者の規制を区別すべきでなく，両者を合算しdBm/MHz まで認めている．

た放射測定を行って規定 e.i.r.p. を満足していればよいと考えられている．その一方，GPS 帯域は厳しく保護されており，

5．日本の動向

GPS の周波数帯域である 1160 〜 1240 MHz と 1559 〜 1610

日本では情報通信審議会情報通信技術分科会 UWB 無線シ

MHz では，平均電力，尖頭電力に加えて，1 kHz RBW によステム委員会が，2002 年 10 月から議論を開始し，2006 年 3る線スペクトルの平均電力測定を行い，例えば携帯デバイス

月に報告をまとめている［16］．報告では，他の無線システム

では－85.3 dBm/kHz を満足する必要がある．

との共用条件に関する留意点として，以下のような項目を挙げている．

4．欧州の動向

・屋内利用の担保

欧州においては，CEPT（European Conference of Postal

・航空機，船舶，衛星内での利用禁止

and Telecommunications Administrations）が UWB の技術

・ゲーム機を含む玩具への組込み禁止

的 要 件 に つ い て 検 討 を 行 っ て き た．CEPT は 欧 州 連 合・UWB 無線システムの実態の変化に伴う技術的条件の見（European Union：EU）を含む欧州 47 か国が加盟する情報
通信及び郵便の法規制に関する会議である．
勧告［4］Appendix 2 に掲載されている俗にスロープマス

直し・干渉軽減技術の有効性に関する関係者の合意に基づく実証実験等による確認ク（slope mask）と呼ばれるスペクトルマスクは 2005 年に・実利用に際し有害な干渉を与えた場合の技術的条件見直CEPT が発行したレポート［12］による暫定案である．2006

し及び UWB 無線システム製造業者による干渉除去へ

年 3 月に ECC Decision として発布された決定［13］は，このの積極的対応暫定案から大きく変更されている．顕著な違いは，平均
e.i.r.p. の上限を FCC と同じ－ 41.3 dBm/MHz と規定している周波数範囲が，6 〜 8.5 GHz に限定されている点である．

・放送（Field Pickup Unit, FPU：移動系素材伝送中継装
置）：大規模イベント会場での利用禁止
・電波天文：天文台周辺における UWB 無線システムの利用に対する注意喚起

その後，2006 年 12 月に発布された ECC Decision［14］で・携帯電話：2008 年までに時限導入（後述）される 4.2 〜は，3.1 〜 4.8 GHz における検出回避技術（detectand avoid

4.8 GHz における干渉軽減技術を備えない UWB 無線シtechnology：DAA）及び低デューティサイクル（low duty

ステムの 2009 年以降の残存数軽減による第 4 世代移動

cycle：LDC）信号の検討結果を受け，下記条件の LDC につ

通信システムへの影響の回避

いては，3.4 〜 4.8 GHz において平均 e.i.r.p. の上限を－41.3

これらについて留意した上で，3.4 〜 4.8 GHz 及び 7.25 〜

dBm/MHz まで認めることとしている．

10.25 GHz において，平均空中線電力の上限を－41.3 dBm/

・バースト長：5 ms 以下

MHz としている．3.4 〜 4.8 GHz では干渉回避技術の具備が・バースト間隔：平均 38 ms 以上（平均時間 1 s）

必要であり，具備していない場合の上限は－70 dBm/MHz

・総停波時間：1 s 当り 950 ms 以上としている．ただし，4.2 〜 4.8 GHz については 2008 年 12・総送信時間：1 s 当り 5％未満，及び 1 h 当り 0.5％未満

月末日までの時限で干渉回避技術の具備が免除される．なお，

この条件を満足しない場合には［13］が引き続き適用され，電力に関しては e.i.r.p. ではなく空中線電力，すなわち送信3.8 GHz 以下は－85 dBm/MHz，3.8 GHz 以上は－70 dBm/

アンテナに入力される電力で定義している．また，アンテナ

MHz と非常に厳しい値となっている．なお，電波の利用状

利得が 0 dBi 以下であることが条件とされている．ほかにも況を監視し，干渉を及ぼす可能性がある場合には周波数，送注目すべき条件として，送信速度が 50 Mbit/s 以上であるこ

信電力などを制御して干渉を回避する DAA については，現とが要求されている．これは干渉評価で仮定した UWB 無線

在のところ信頼できる実装方法が明らかになっていないとシステムの導入の仮定が高速無線 PAN に限定されているこ

し，引き続き研究開発を進めることを推奨するにとどめていとに起因すると考えられる．

る．この CEPT の決定を受けて，欧州委員会（European
Commission）は 2007 年 2 月に

帯域外における規定は，1.6 GHz 未満で－90 dBm/MHz，UWB 技術の EU 域内での

1.6 〜 2.7 GHz で －85 dBm/MHz，2.7 GHz 以 上 で －70

認可を決定した［15］．この決定には具体的な技術基準が明示

dBm/MHz，11.6 〜 11.7 GHz 及び 11.7 〜 12.85 GHz で－85

され，すべての EU 加盟国が半年以内にこの技術基準に基づ

dBm/MHz となっている．

いて UWB の利用を認可することを義務づけている．この技

この報告に準拠する形で，電波法施行規則，無線設備規則，

術基準は基本的に上記 CEPT の決定に基づいているが，帯

特定無線設備の技術基準適合証明等に関する規則が 2006 年

域幅は 50 MHz 以上としており，ITU-R 勧告に比べて非常

8 月 1 日付で改正され，公式に UWB 無線システムの利用が88

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告PSD e.i.r.p. [dBm/MHz]

-40
-50
-60
-70

EU
Japan
USA indoor

-80
-90

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Freuency [GHz]図1

1 MHz 当り平均 e.i.r.p. 密度の上限値の比較認められた．なお，法令化にあたっては－10 dB 帯域幅の下干渉側が互いの立場から激しい議論を戦わせており，最終的

限が 450 MHz に変更されている．

な結果はある種の妥協の産物と見ることができる．

テレコムエンジニアリングセンター（TELEC）は法整備

本章では，これらの議論のプロセスに中立的なスタンスでを受け，技術試験適合証明のための特性試験の暫定試験方法

携わってきた筆者が，UWB の法規制に関して個人的に考えを総務大臣に届けるとともに，これを技術文書として取りまたこと，学んだことなどをつづってみる．

とめている［17］．電力の上限が空中線電力で規定されたこと

6.1 ITU-R と CISPR との関係を受けて，測定法も伝導測定のみで定義されている．無線設UWB の干渉に関する議論では，二つの国際機関，すなわ

備規則では不要発射は 1 MHz 帯域幅における平均電力と尖ち ITU と CISPR の間の不整合が常に見え隠れする．ITU

頭電力で定義されているため，ITU-R 勧告［2］とは異なり 1

は国際連合の下部機関で，無線通信業務に関する国際的な調GHz 以下でも準尖頭値検波は使用しない．帯域内電力につ整 を 行 う． こ れ に 対 し て CISPR（International Special

いては，尖頭電力が 50 MHz 帯域で規定されているが，コヒー

Committee on Radio Interference）は IEC（International

レント信号を仮定して 1 MHz 帯域に換算して，同様の測定

Electro-technical Commission）の下部委員会で，無線障害の法を採用する．手順としては，まず尖頭値検波を用いて掃引原因となる各種機器からの不要電波の許容値や測定法に関すしてピーク周波数を探索し，次に周波数をゼロスパンとして，る合意形成を行う．すなわち，ITU-R は意図的な電波発射

サンプル検波によりデータを取得して尖頭電力及び平均電力を管轄し，CISPR は意図しない電波発射を管轄しているのを計算で求めるという方法をとる．なお，バースト送信の場

で，互いの領域の間にはきちんと線が引かれているが，問題合には送信時のみの平均電力を求めており，送信時間率の制は，両者が定める技術基準の間に整合性がない（ように見え

御を用いた平均電力の低減効果は考慮されない．

る）
点にある．

電 波 産 業 会（Association of Radio Industries and Busi-

最近，CISPR 22［19］が改定され，情報機器に対する 1 〜

nesses：ARIB）も法整備を受けて，UWB 無線システムに対6 GHz における放射妨害波の上限が制定された．測定法が違する標準規格を 2006 年 12 月に策定した［18］．これは，上記

うので若干数値に上下はあるものの，クラス B 機器（PC なの法改正に準拠して策定されたもので，特定の通信方式は定ど）では，3 〜 6 GHz で平均 e.i.r.p. 換算値が－41.3 dBm/

義していない．

MHz・尖頭 e.i.r.p. 換算値が 12.7 dBm/50 MHz となる．こ

図 1 には，以上米国（屋内），欧州，日本における，1 MHzの CISPR の許容値は FCC の UWB 機器に対する許容値よ当りの平均 e.i.r.p. 密度の上限値を比較して示す．現在のとりも更に高い．しかしながら，CISPR 22 が改正される前は，

ころ，干渉軽減対策なしに三つの地域で共通に使える周波数

1 GHz 以上の放射妨害波については，そもそもの規制自体がは 4.2 〜 4.8 GHz と 7.25 〜 8.5 GHz に限られ，しかも後者存在していなかった．

6．エ ッ セ イ
前章までの内容は，様々な議論を経て出てきた最終的な結果を客観的にまとめたものである．結果から直接は読み取れないが，それぞれのプロセスにおいては，UWB 推進側と被解説・報告

仮にクラス B 情報機器の内部でクロックのジッタなどを使って放射する意図のない変調信号を作り，CISPR の上限
ぎりぎりまで「たまたま」電波が漏れてしまうような装置を作れば，UWB 無線機器よりも大電力の伝送が可能である，というパラドックスが成立しかねない．
もしも ITU-R での干渉検討が妥当なものであるとすれば，

89

小特集❶

は 2008 年末までの時限解放である．

これらのクラス B 情報機器の氾濫で，既に大半の無線通信がレギュレーションの測定である，という説明だった．スペ

業務が致命的な打撃を受けているはずである．事実，電波天クトル管理委員会での TG 1/8 への測定法の寄与文書の審査

文や衛星リモートセンシングなど，受動業務においては既にの際にも，TG 1/8 会合自体でも同様の指摘を受けた．

深刻な影響が出始めていると聞く．しかしながら，無線通信

UWB 委員会で技術的条件の検討をしていたときのこと．

機器だけに干渉の網の目を細かく張っておきながら情報機器

与干渉側と被干渉側の折合いがなかなか付かないのだが，よは非意図的な放射であるがゆえに見過したり，逆に多くの無くよく聞いていると与干渉側の担当者はすぐ「FCC では〜」

線通信システムが現実の情報機器からの放射妨害で問題がなと発言する．国際的な干渉検討は ITU-R の管轄なのだから，

いにもかかわらず UWB により致命的な打撃を受けるように

ITU-R 勧告を引用して議論をすればもっと議論が円滑に進主張したり，といった状況は，行政の縦割の弊害を反映した

むのに，とはある被干渉側担当者の言．

問題であるといえる．とはいえ，利害関係者があまりに多数

所変われば品変わるとはよくいったものだ，と感心する．

かつ多様であるため，議論が成立する規模で検討を行うとす

6.4 伝搬モデルについてれば，このような縦割の状況が起きることは十分に想定でき，しかも避けることは困難な状況であろう．

6.2 伝 導 測 定

最後まで理解し苦しんだのが，既存の無線業務に影響を及ぼさない距離，いわゆる離隔距離の検討に際して使用した伝搬モデルだった．

TG 1/8 も最終回，既に勧告案も前回会合までにほとんど

UWB 委員会での最初の検討は自由空間伝搬を仮定した離固まり，あとは細かいブラッシュアップ，という最終段階で，隔距離の算出だったのだが，離隔距離の値が数十 km に及ぶ

これまで積極的な寄与がなかった某国から，「テレビに UWB

例も出てきた．アンテナの高さにも依存するが，離隔距離が機器を組み込んで売り出したいメーカーがいる．組み込む前

数 km から数十 km に及べば地球の曲率により見通し線が遮のスペクトルはこれだ．UWB 信号をどうやって測るんだ？」

られるため，明らかに過大評価であると当の被干渉側からもと問題提起があった．テレビから出る放射妨害波が－40伝搬モデルの妥当性に疑問が呈される場面もあった．

dBm/MHz を超えており，UWB 信号がマスクされてしまう

この種の検討では，与干渉側は伝搬損が大きくなる多重波ために測定できないという主張である．このような話はこれ

環境モデルを，被干渉側は伝搬損が小さくなる自由空間モデが初めてではなかったのだが，少なくとも勧告前文で問題点ルを好む傾向にある．確かに市街地伝搬による損失は被干渉だけは指摘してほしい，と強く主張してきた．この件を議論

側から見れば干渉の過小評価といえるが，一方で見通し線のしていたら，勧告案が時間切れで成立しないことは明白で

第 1 フレネルゾーンの一部または全部が大地で遮へいされるあったため，筆者自身の個人的な意見は「全くそのとおり！」

ような状況（注 6）では，見通し波と大地反射波の干渉により伝であったのだが，diplomatic に，「放射妨害波の測定について（注 7）
搬損が距離の 4 乗に比例するモデル［20］，あるいは球面

は ITU-R ではなく CISPR の管轄なので，放射妨害波の測定

大地での回折による減衰［21］を考慮すべきであろう．

に言及することはできない」と却下した．
この問題提起が技術的には適切かつ重大であることは明白

7．む

す

び

で，FCC Part 15 では UWB 信号と放射妨害波を区別せず，

本論文では UWB 無線の法規制に関する考え方について報合計の電力だけに注目して規制値を定めている．ところが，告した．現在，まだ国内では UWB のマーケットが立ち上がっ

日本の場合，より厳しいスペクトルマスクを定めているばかていないが，ようやく制度が整備されたので，近いうちに製りでなく，放射測定を行う無線機器は基本的に実使用状態で品が市場に登場するものと期待される．その一方，現在の法試験を行うことが決まっているため，UWB 送信機を情報機

律でカバーされているのは旧 IEEE 802.15.3a で検討されて器に組み込んで測定する場合，帯域内は大丈夫でも，不要発いたマイクロ波の高速 PAN だけで，IEEE 802.15.4a 低速

射に関しては放射測定をすれば情報機器から放射される妨害

無線 PAN や準ミリ波の近距離レーダなどはまだカバーされ波で許容電力レベルを超えてしまう．このように，現実はておらず，引き続き検討が進められている段階である．

UWB 送信機の方が情報機器本体よりも厳しいスペクトルマ

謝辞

筆者の ITU-R TG 1/8 に関する活動は，すべて情スクを課されることとなるため，UWB 信号だけを取り出し

報通信研究機構 UWB 結集型特別グループ専攻研究員としてて測定できる伝導測定でなければ，所望のマスクを実現する携わったものであり，同機構には貴重な経験の機会を与えてことができないのである．

頂いたことに感謝する．ただし，本論文における主観的表現

6.3 議論の土台

は筆者個人の考えに基づくものであり，東京工業大学，情報UWB 委員会で測定法の議論をしていたときのこと，EMC

通信研究機構，総務省，ITU-R など各種機関の意見を代表

測定の大家の先生から，「レギュレーションの測定は物理量のするものではない．

測定とは違う」と指摘を受けた．高性能の測定器を使って時間をかけて高い確度の測定を行うことはレギュレーション測定の目的ではなく，一般の測定器を使用して妥当なオーダの正確さで測定できるというコンセンサスが得られる測定こそ90（注 6）：通常，第 1 フレネルゾーンが遮へいされていない場合には見通し内伝搬モデルが適用可能である．
（注 7）：自由空間では伝搬損は距離の 2 乗に比例する．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

標準化解説
解説・報告

文

献

解説・報告

（平成 19 年 4 月 22 日受付，5 月 15 日再受付）

高田 潤一（正員）▶昭 62 東工大・工・電気電子卒．平 4 同大大学院博士課程了．千葉大助手，東工大助教授を経て平 18 より同教授．平 15 より NICT UWB 結集型特別 G 研究員，平18 より同医療支援 ICT G 研究員（兼務）．
元 ITU-R TG 1/8 測定法 WG 議長．平 18
より本会ソフトウェア無線研究専門委員長．現在は電波伝搬に関する研究に従事．

小特集❶［1］ “Radio regulations,” ITU-R, 2004.
［2］ “ M e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s o f u l t r a - w i d e b a n dtransmissions,” Rec. ITU-R, SM. 1754, 2006.
［3］ “Characteristics of ultra-wideband technology,” Rec.
ITU-R, SM. 1755, 2006.
［4］ “Framework for the introduction of devices using
ultra-wideband technology,” Rec. ITU-R, SM. 1756，
2006.
［5］ “Impact of devices using ultra-wideband technology
on systems operating within radiocommunication
services,” Rec. ITU-R, SM. 1757, 2006.
［6］ “Studies related to the impact of devices using ultrawideband technology on radiocommunication services,”
Rep. ITU-R, SM. 2057, 2006.
［7］ “Monte Carlo simulation methodology for the use insharing and compatibility studies between different
radio services or systems,” Rep. ITU-R, SM.2028-1,
2002.
［8］ “Maximum allowable error performance andavailability degradations to digital radio-relay systems
arising from interference from emissions andradiations from other sources,” Rec. ITU-R，F.
1094-1, 1995.
［9］ “Specification for radio disturbance and immunity
measuring apparatus and methods ─ Part 1-1：Radio
disturbance and immunity measuring apparatus ─Measuring apparatus,” CISPR 16-1-1, second eds.,
2006.
［10］ “First report and order：In the matter of revision ofPart 15 of the commission’s rules regarding ultrawideband transmission systems,” ET Docket 98-153,
FCC 02-48, 2002.
［11］ “Radio frequency devices,” Part 15, Federal Communications Commission Rules, 2006.
［12］ “The protection requirements of radiocommunications systems below 10.6 GHz from generic UWBapplications,” ECC Report 64, Electronic Communications Committee (ECC), European Conferenceof
Postal and Telecommunications Administrations(CEPT), 2005.
［13］ “ECC Decision of 24 March 2006 on the harmonised
conditions for devices using Ultra-Wideband (UWB)
technology in bands below 10.6 GHz,” ECC/DEC/（06) 04, Electronic Communications Committee(ECC), European Conference of Postal and
Telecommunications Administrations (CEPT），2006.
［14］ “ECC decision of 1 December 2006 on the harmonised
conditions for devices using ultra-wideband (UWB）
technology with low duty cycle (LDC) in thefrequency band 3.4-4.8 GHz,” ECC/DEC/(06) 12,
Electronic Communications Committee (ECC),
European Conference of Postaland Telecommunications Administrations (CEPT), 2006.
［15］ “Commission decision of 21 February 2007 onallowing the use of the radio spectrum for equipmentusing ultra-wideband technology in a harmonisedmanner in the community,” 2007/131/EC, European
Commission（EC), 2007.
［16］ “ 情報通信審議会情報通信技術分科会 UWB 無線シス

テム委員会報告， 総務省情報通信審議会，2006.
［17］ 超広帯域無線システムの無線局に使用するための無線設備（超広帯域無線システム）の特性試験方法，
TELEC-T406 1.0 版，（財）テレコムエンジニアリング
センター，2006.
［18］ “UWB（超広帯域）無線システム標準規格， ARIB
STD-T91 1.0 版，（社）電波産業会，2006.
［19］ “ I n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y e q u i p m e n t - R a d i odisturbance characteristics-Limits and methods ofmeasurement,” CISPR 22，Consol. Ed. 5.2，2006.
［20］ “Propagation data and prediction methods for theplanning of short-range outdoor radiocommunication
systems and radio local area networks in thefrequency range 300 MHz to 100 GHz,” Rec. ITU-R,
P.1411-3, 2005.
［21］ “Propagation by diffraction,” Rec. ITU-R, P.526-9,
2005.

91

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

パーソナルエリアネットワークを進化させる
ミリ波技術と標準化活動
Millimeter-Wave Technology and Standard Activity to Evolve Personal Area Network

荘司洋三 1 原田博司 1 加藤修三 1 豊田一彦 2 高橋和晃 3 川崎研一 4
池田秀人 5 大石泰之 6 丸橋建一 7 中瀬博之 8 安藤 真 9
Yozo Shoji1, Hiroshi Harada1, Shuzo Kato1, Ichihiko Toyoda 2, Kazuaki Takahashi3,
Kenichi Kawasaki4, Hideto Ikeda5, Yasuyuki Oishi6, Kenichi Maruhashi7,
Hiroyuki Nakase8, and Makoto Ando9

Summary
IEEE802.15.3c（TG3c）では，最低データレート 2 Gbit/s
以上，オプショナルデータレート 3 Gbit/s 以上を目指す

Key words
IEEE802.15.3c，60 GHz 帯，利用モデル，ミリ波，無線
PAN，キオスクファイルダウンロード，物理層

ミリ波パーソナルエリアネットワークの標準策定活動を進めている．2007 年 1 月に行われたロンドン会議では標準方式の提案者が参照すべき，システム要求条件，選択
条件，利用モデル，伝搬路モデルに関する文書がまとめられ，提案者を正式に募り，その意思表明を求める CFI（Call For Intent）が正式発出された．その結果，総勢 27
社（名）からの意思表明があり，2007 年 5 月会合にて各提案者の方式が示されることになっている．本論文では，
IEEE におけるミリ波 WPAN の標準化に話題を特化し，その標準策定の過程において重要となる利用モデル，伝1．ま え が き2005 年 3 月，近年通信システムに関しては，事実上の世界標準規格を策定している機関として名高い米国電気電子技術者協会（IEEE）内に，免許不要 60 GHz 帯を用いて WPAN（Wireless Personal Area Network）を実現するための物理層 /MAC 層標準を策定するタスクグ

搬モデルを中心に解説する．また早期ミリ波デバイスのループ，IEEE802.15.3c（以下 TG3c）が設立された［1］．

国内普及を目指して，国内主要企業を中心に結成したミ

免許不要 60 GHz 帯は，既に世界主要国において共通

リ波実用化コンソシアムの活動概要ついても紹介する．

的に法制化がなされており，国内では 59 〜 66 GHz が，
米国やカナダ，韓国では 57 〜 64 GHz が割当済みであ

1 独立行政法人情報通信研究機構，小金井市
National Institute of Information and Communications Technology,
Koganei-shi, 184-8795 Japan
2 日本電信電話株式会社 NTT 未来ねっと研究所，横須賀市
NTT Network Innovation Laboratories, NTT Corporation, Yokosukashi, 239-0847 Japan
3 松下電気産業株式会社，門真市
Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd, Kadoma-shi, 571-8501 Japan
4 ソニー株式会社，東京都
Sony Corporation, Tokyo, 108-0075 Japan
5 沖電気工業株式会社，東京都
Oki Electric Industry Co.,Ltd., Tokyo, 105-8460 Japan
6 富士通株式会社，東京都
Fujitsu Limited, Tokyo, 105-7123 Japan
7 日本電気株式会社，川崎市
NEC Corporation, Kawasaki-shi, 211-8666 Japan
8 東北大学，仙台市
Tohoku University, Sendai-shi, 980-8577 Japan
9 東京工業大学，東京都
Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 152-8552 Japan92

る．また，ヨーロッパ諸国に関しても基本的にこれらに準じた周波数割当が統一的に行われる予定である．
60 GHz 帯はこのように非常に広帯域な周波数が利用可能なため，1 Gbit/s を超える，いわゆるマルチギガビッ
ト伝送を実現する有望な周波数帯として期待されている．
現在 TG3c が掲げる要求仕様としては物理層におけるペイロード部のビットレートが 2 Gbit/s 以上を達成す
ることが必須とされており，オプションモードとして 3
Gbit/s 以上の達成が望ましいとされている．
ところで，60 GHz 帯を用いる無線通信システムに関する研究開発例は過去十年以上に及ぶが，いまだ十分な普及化と実用化のめどが立っていない．これらの背景に

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

択され，そのうち二つが必須利用モデルとして定められ性が強く伝搬損の極めて大きいミリ波帯の電波伝搬特性

た．

に起因していると考えられる．すなわち，これらの伝搬

さて，このように国際的に始まった本格的なミリ波デ特性を十分に踏まえた上での，適切なアプリケーション

バイスの標準化の動向を背景に，シングルキャリヤ伝送とマーケットの創出に失敗してきたためと考えられる．

方式を用いて早期にミリ波デバイスの実用化を目指すべ

近年，60 GHz 帯のデバイス生産コストの問題についきといった声が高まり，同じ意見をサポートする国内主ては，主要 RF デバイスがシリコンデバイスやシリコン

要企業と情報通信研究機構（NICT）が中心となって，ゲルマニウムを用いた CMOS プロセスにて生産するめ2006 年 7 月，ミリ波実用化コンソシアム（以下 CoMPA）

どが立ち，状況は大量生産を必要とするマーケットを創を結成した．同コンソシアムの発起人は，NICT, NEC，出できるかどうかにかかっているように見受けられる

NTT, 沖電気，ソニー（株），松下電器産業（株）
，富士

［2］〜
［6］
．

通（株）
，東北大学，東京工業大学からなる．

また，伝搬特性に考慮した適切なミリ波アプリケー

現在，CoMPA は国内 19 機関，海外 1 機関から構成

ションの開発という点では，本論文にて後に詳しく述べされており，更に活動分野を六つに分けてワーキンググ

るように，近距離見通し通信環境に特化した，大容量ファループ（WG）を構成して，活動中である．2006 年度におイル転送を必要とする広帯域アプリケーションの需要がける，CoMPA からの TG3c への提出寄与文書は 30 件予想されている．

以上に及び，標準策定において重要な位置付けとなる利

本論文では，TG3c における標準策定活動の最新動向

用 モ デ ル， 伝 搬 モ デ ル の 多 く に つ い て， 最 終 的 に はについて解説すると同時に，ミリ波デバイスの早期普及

CoMPA の意図が反映された形で最終ドキュメントが出と，IEEE 標準への寄与を目的として設立したミリ波実

版されるに至っている．

解説論文

は，ミリ波デバイスの生産コストの問題もあるが，直進用 化 コ ン ソ シ ア ム（CoMPA：Consortium of Millimeterwave Practical Applications）の活動について紹介する．2．
では，TG3c の最新動向と CoMPA の概要について紹介する．3．
では TG3c において標準を策定するた

3．利用モデルと伝搬モデル
3.1 利用モデル [7],[8]めに採択された利用モデルと伝搬モデルについて解説すIEEE802.15.3c において定められたミリ波 WPAN 標

る．4．では特に上記利用モデルの中で CoMPA が注目

準策定の基準となる利用モデルは，CoMPA より提案さしているモデルについて取り上げ，我々が行った独自のれたものを含めて五つある．中でも以下でも述べるポイ

懸案事項に対する検討結果について紹介する．5．
では今ント─ポイント型の通信を定義している #1 と #5 が今回後の物理層提案に向けて CoMPA 内部にて行っているの TG3c においては必須利用モデル（提案者が性能評価検討結果例について紹介する．

することが必須とされている利用モデル）として定められている．各利用モデル，及びそこで定義されているパ

2．IEEE802.15.3c におけるミリ波 WPAN の標準化プロセスとミリ波実用化コンソシアム

ラメータについて述べる．
3.1.1 利用モデル #1：ポイント─ポイント型非圧縮
映像伝送

60 GHz 帯を用いる WPAN デバイスの IEEE 標準策

図 1 に利用モデル #1 として定義されたポイント─ポ定において，まず重要となるプロセスが，利用モデルのイント型非圧縮映像伝送モデルのイメージを，表 1 に主設定とこれから導かれるシステム要求値の明確化であ

要パラメータを示す．
近年，HD 映像伝送用途として普及する HDMI ケー

MAC 層の標準化を目指す上で，想定すべき利用環境（距

ブルの無線化を想定した，TG3c においては実現を望む

離や伝搬環境など），アプリケーション（ビデオ伝送なの声が最も高かったアプリケーションを反映したものであかファイル転送なのかなど），伝送品質（所要 BER など）

り，必須利用モデルとして採択されている．ただし，実を含む，一つの利用シナリオを定めることである．標準

現上の観点からは高データレート及び Pixel エラーレー

会合では各提案者が，自身の提案方式のこれら利用モデ

トにして，10-9 以下という低誤り率品質が要求される

ルにおける通信性能を示すことで他方式と比較検討されと同時に，実際の HDMI の無線化に限定した場合，制ることとなる．また更に複数想定される利用モデルから

御信号となる低レート双方向通信のリンクをどのように重要なものを必須利用モデルとして選択し，事実上すべ実現するかなどの課題が残されている．

ての提案者にその利用モデルを用いた場合の性能評価を

3.1.2 利用モデル #2：ポイント─マルチポイント型

示すことを義務づける場合がある．TG3c の議論においては後に示すように五つの利用モデルが会合によって採

非圧縮映像伝送
図 2 に利用モデル #2 として定義されたポイント─マ

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

93

小特集❶

る．これは同ミリ波デバイスが通信上用いる物理層及び

PDA

Printer (PR)Set Top Box (STB)TV Monitor (large)

PC

Monitor (TV)PC
External HDD

図3
図1
表1

利用モデル #1 のイメージ

表3

利用モデル #1 の主要パラメータ

通信距離5 m/10 m

スループット1.78 Gbit/s/3.56 Gbit/s

伝搬環境

見通し / 見通し外家屋内

所要 BER/PER

10-9 Pixel Error Rate（PiER）（10-6 BER in simulation）

BER：Bit error rate, PER：Packet error rate

利用モデル #3 のイメージ

利用モデル #3 の主要パラメータリンク

PC ─ TV

PC ─ HDD

PC ─ PR

通信距離

1m

1m

5m

スループット1.78 Gbit/s/
3.56 Gbit/s

250 Mbit/s

500 Mbit/s

伝搬環境

見通し外
机上

見通し机上

見通し外
オフィス

所要
PiER/PER

10-9 Pixel
Error Rate

8 % PER（再送制御前）

ワイヤレスブリッジ（WB）
PDA

ビームプロジェクタ/
大画面モニタ（BP/TV）

TV Monitor (large)
STB

PC#3

PC#1

PC
PC#2

TV Monitor

図2

図4

利用モデル #2 のイメージ

表4
表2

利用モデル #2 の主要パラメータ

利用モデル #4 のイメージ

利用モデル #4 の主要パラメータ

リンク

PC#n ─ PC#k

PC#1 ─ WB

PC ─ BP/TV

STB ─各テレビ間：5 m
テレビ間：5 m

通信距離

1m

1m

5m

41.6 Mbit/s

125 Mbit/s

1.78 Gbit/s

スループット

スループット1.78 Gbit/s+0.62 Gbit/s

伝搬環境

見通し + 見通し外家屋内

伝搬環境

見通し外机上見通しオフィス

10-9 Pixel Error Rate（PiER）

所要PER/PiER

8 % PER（再送制御前）

所要 BER/PER

通信距離

ルチポイント型非圧縮映像伝送モデルのイメージを，
表 2 に主要パラメータを示す．

10-9 PiER

本来の PAN 利用イメージに最も近い利用モデルと考えられるが，利用モデル #2 以上に複雑な多元接続を利用モデル #1 をポイント−マルチポイント型に拡張サポートする必要があり，適応アンテナ技術のみならした利用モデルであるが，3.1.1 で述べた課題に加えて，ず，これをサポートする MAC プロトコルの新たな開指向性を有するミリ波アンテナを用いてこのような多発が必要と考えられている．

元接続を実現する方法が今後の開発課題となる．TG3c

3.1.4 利用モデル #4 ：会議アドホック

では適応アンテナ技術を用いた空間ビームスイッチン

図 4 に利用モデル #4 として定義された会議アドホッ

グの利用などが議論されている．

クモデルのイメージを，表 4 に主要パラメータを示す．

3.1.3 利用モデル #3：オフィスデスクトップ

3.1.5 利用モデル #5：キオスクファイルダウンロード

図 3 に利用モデル #3 として定義されたオフィスデス

図 5 に利用モデル #5 として定義されたキオスクファ

クトップモデルのイメージを，表 3 に主要パラメータ

イルダンロードモデルのイメージを，表 5 に主要パラを示す．

メータを示す．

94

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

環

PC/STB
PDA

TG3c における伝搬モデルの分類

境見通し（─ LOS ─）

見通し外（─ NLOS ─）

オフィス

利用可
（NICT）

利用可（NICT）

家屋

利用可（NICT）NICT データより抽出

机

上

利用可
（NICT）N/A

利用可（IMST/Intel）

N/A

図 書 館

解説論文

表6

Kiosk server (sever)

図5σ2

利用モデル #5 の主要パラメータ

リンク

Server ─ PDA

PDA ─ PC/STB

通信距離

1m

1m

スループット

1.5 Gbit/s/2.25 Gbit/s バースト

伝搬環境

見通しオフィス / キオスク環境

所要 PER

8 %（再送制御前）

Ao
A

表5

σ1

利用モデル #5 のイメージ

α LOS

Dk

γ

Γ

Ω0

σφ

利用モデル #5 は CoMPA 提案による利用モデルであ1/Λ

り，利用モデル #1 と併せて，TG3c では必須利用モデ

図6ルとして採択されている．

1/λ

ToA

TSV モデルの概念図

3.2 IEEE802.15.3c 標 準 の た め の MAC 拡 張 について時間（ToA：Time of Arrival）と到来方向（AoA：Angle

IEEE802.15.3c 標準における MAC は基本的に 15.3bof Arrival）の観点からの図面となっており，振幅に統計

MAC により実現することになっている．しかし，15.3c

分布特性をもつ見通し（LOS：Line-of-sight）波と，それがミリ波帯の周波数を扱う物理層の標準であるため，例以外の見通し外（NLOS：Non-line-of-sight）散乱波統計

えば指向性アンテナを用いることに起因した特別な端末モデルとの合成により表される．図面では見通し波成分発見機能などを 15.3bMAC に加える必要があると見らの振幅を αLOS として表し，複数のクラスタと呼ばれる

れている．

遅延波群の集合については，第 1 クラスタの第 1 遅延波

3.3 IEEE802.15.3c 標 準のためのチャネルモデル［9］〜［13］

成分に対して振幅 X 0 を与えている．更に本振幅を起点に生起率Λ，減衰係数Γで，第 2，第 3 と順次クラスタ標準となる物理方式を決める上で，対象とする周波数が生起し，また，これらクラスタ内では生起率λ，減衰帯の伝搬特性の把握とモデル化は非常に重要である．

係数 g で遅延波が発生するモデルとなっている．なお各

TG3c では表 6 に示すように，環境を八つに分類し，そ

遅延波の到来方向については無指向性を基本として 0 〜

れぞれについて伝搬データの取得と伝搬路モデル化を検360 度の一様分布で与えるが，ミリ波では送受指向性ア

討してきた．それぞれの検討状況と採択されたものにつンテナが利用されることを考慮してアンテナパターンをいてはその提出機関先を表 6 に示す．

畳み込み，最終的に受信される遅延波成分が選択される．
ところで，既に触れたようにミリ波帯の電波は直進性

館の環境など完成しなかったものがあるが，それ以外にが強く，伝搬損も極めて大きい．これに加えて，十分についてのほとんどの伝搬モデルが NICT により提出さ成熟していないミリ波デバイス，とりわけパワーアンプ

れ採用されている．ここで採用された伝搬モデルは，従デバイスの制約も大きく，送信電力が制約されることが来 か ら IEEE 標 準 な ど で 利 用 さ れ て き た Salah 及 び

多い．このような状況から，早期ミリ波デバイスの普及

Valenzuela によって開発された散乱波伝搬モデル SV

を考えた場合には，見通し環境下で需要の見込めるシスモデル［9］” に，Shoji 及び Sawada によって開発されたテムを目指すことが望ましいのは明らかである．

見通し波伝搬モデルを合成した “TSV モデル（Triple-

上記のような観点から NICT は見通し環境モデルを

S-V モデル）［10］” と呼ばれる，ミリ波固有の伝搬特性

重要伝搬モデルと位置づけ，多くの伝搬データ測定を実を考慮した伝搬モデルとなっている．

施すると同時に伝搬モデルを完成させた．

図 6 は TSV モデルの概念図を示している．波の到来

更に NICT は，提案した伝搬モデルに基づいて伝搬

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

95

小特集❶

表 6 から明らかなように，見通し外の机上環境や図書

路をシミュレートする Matlab コードについても，併せは，キオスクファイルダウンロードの概要を改めて述べて開発し，これを TG3c のメンバに配布している［12］，ると同時に，これを実現する上での懸案事項とされた，［13］．TG3c における提案者はこれを使用して，自身の端末の手ぶれの影響（PDA ジッタ）についての検討結果

提案方式の性能を示すことになる．

について解説する．

更に方式提案に際しては，伝搬モデルにアンテナパ
ターンを加味してシミュレーションを行うことになっている．IEEE の標準化では，各提案者からの提案方式を4.1 キオスクファイルダウンロードの利用イメージ
図 7 にキオスクファイルダウンロードのアプリケー
ションイメージを示す．

比較検討し，必要であれば提案のマージを行い，方式を

駅構内やコンビニエンスストアなどに，ミリ波デバイ決定する．このため，各提案を公平に比較するためにシスが搭載されたキオスクサーバが設置され，ユーザが所ミ ュ レ ー シ ョ ン の 前 提 条 件 を そ ろ え る 必 要 が あ る．

持する携帯電話や PDA などの携帯端末に，これと通信

CoMPA では，アンテナモデルとして次のようなモデル

可能なミリ波デバイスが搭載されている環境を想定してを提案し，リファレンスアンテナモデルとして採用されいる．

ている［24］．

ユーザは所望の映像や音楽，ゲームソフトなどのコン

G ( i, z ) [ dB ] = G 0 - 3.01 $ d

2ii-3 dBn20 # i # iml /2
G ( i, z ) [ dB ] = -0.4111 $ ln ( i-3 dB) - 10.597
iml /2 # i # 180c
iml = 26 $ i-3 dB
JJ
N2N
1.6162KK
O O
G 0 = 10 log KK
i-3 dB O O
KKK sin d 2 n O OO
PP
LL
ここで， G ( i, z ) は z 軸に回転対称なビームを表す．
また，i-3 dB はビームの半値角であり，これを与えることにより指向性パターンを決定することができる． i の単位は degree である．

4．キオスクファイルダウンロードと実用上の懸案事項［14］［，15］
キオスクファイルダウンロードはミリ波デバイスの早期実用化を願う CoMPA 参加企業間の議論のもと，重要と位置づけられた利用シナリオの一つである．本章でテンツを指定することで，自身の携帯端末に数秒程度でこれを無線にてダウンロードする．
この場合の通信に想定される所要スペックとしては，
通信距離は 1 m 以下の非常に短距離で十分であると同時に，データレートについても，最大 1 Gbit/s 未満で十分と考えている．これはまだ数年先を見越しても，ス
トレージのデータレートが 1 Gbit/s 以上には及ばないとの予測からである．
4.2 キオスクファイルダウンロードにおける PDA ジッタの影響調査CoMPA が推進する利用シナリオ，キオスクファイル
ダウンロードはユーザ端末の位置が人の手によって支持されることを想定している．したがって，通信中に手ぶれ（PDA ジッタ）によって受信電力の時変動が発生すると考えられる．したがって，これが信号品質に与える影響を考慮すべきとの議論が TG3c 会合内であった．
これを受け，CoMPA では実際にキオスクダウンロードを想定した送受通信環境を整え，複数の試験者に依頼することで，PDA ジッタの影響測定を実施した．本測定の主なパラメータを表 7 に示す．
本測定では，ネットワークアナライザを用いて構成した送受信アンテナ間のリンクをキオスクダウンロードの送受信リンクとみなして，複数の試験者におよそ距離 1m 点で，試験中には結果が試験者には分からない状態，
すなわち試験者の目安のみで受信機となる受信アンテナ
を送信アンテナに向けてもらい 20 秒間静止してもらうという測定を複数回実施した．これにより得られた結果の１サンプルを例として図 8 に示す．
表7

図7

96

キオスクファイルダウンロード

PDA ジッタの影響測定のパラメータ

通信距離

1m

使用周波数

62.5 GHz

アンテナビーム幅

送信：60°/ 受信：30°

掃引（観測）
時間

20 秒（801 点）

サンプル数

20（4 人× 5 回）
サンプル

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

幅値対確率度密度で表示したものを図 9 に，相対振幅値
対累積確率密度で表示したものを図 10 に示す．

示しており，最大の振幅揺らぎ値を考慮した場合でもたかだか 0.7 dB 以下という結果を得た．

解説論文取得した 20 サンプルの結果を集計し，これを相対振以上の結果から，実際のキオスクダウンロードシステ

これらの集計結果から，PDA ジッタとして現れる受ムの設計若しくは運用上，PDA ジッタの影響はほとん

信振幅の揺らぎは，測定では 99% 累積値で 0.45 dB をど無視してよいと結論づけられた．また，この結果はRelative received signal amplitude [dB]

TG3c 内においても受け入れられた．
1

5．IEEE802.15.3c 標準のための物理層検討

0.8
0.6

5.1 物理層検討において考慮すべき利用モデル及び

0.4

チャネルモデル

0.2
03.でも述べたように TG3c では五つの利用モデルが定-0.2

義されており，このうち，二つのモデルが必須利用モデ-0.4ルとして定められている．一つはポイント─ポイント型-0.6

非圧縮映像伝送アプリケーションを想定した利用モデル

-0.8
-1

0

2

4

6
8
10 12 14
Communicating time [s]

16

18

20

#1 であり，もう一つは駅構内やコンビニエンスストアなどに設置されたキオスクサーバに対して携帯電話やPDA などの携帯端末で音楽，ゲームソフト等のコンテ

図 8 PDA ジッタ測定結果の 1 サンプル例

ンツをダウンロードすることを想定した 利用モデル #5
である．この二つの利用モデルのシステム要求条件を改ProbabilitynDensity Function

7

めて表 8 に示す．

10-3

各利用モデルにおいて想定すべき環境や所要条件につ6

いても併せて同表に示している．

5

5.2 物理層案として検討すべき項目
物理層の設計を行う上で重要となる検討項目には，以4下の四つが挙げられる．

3（ 1 ） 周波数プラン

2（ 2 ） 回線設計

1（ 3 ） フレームフォーマット

0

図9

0

0.1

0.2
0.3
0.4
0.5
Relative received amplitude [dB]

0.6

0.7

PDA ジッタ測定の集計結果（相対振幅値と確率密度の関係）（ 4 ） 変調方式，誤り訂正方式（1）に関しては現在，免許不要 60 GHz 帯の使用帯域が各国で異なるため，可能な限り各国共通に使用できる周 波 数 プ ラ ン が 望 ま し い． ま た，TG3c が 求 め る 2
Gbit/s 以上の伝送レートをできるだけ簡易な機器構成ている 7 GHz 帯で最低 3 チャネルが割当可能であるこ

1
0.99
0.98

表8

0.97

利用モデル #1 及び M#5 の要求条件
利用モデル #1

0.96
0.95

通信距離

5 m/10 m

0.94

スループット1.78 Gbit/s/3.56 Gbit/s

伝搬環境

LOS/NLOS Residential model

所要 BER/PER

10 Pixel Error Rate

0.93
0.92
0.91
0.9

図 10

−9

利用モデル #5

0.3 0.35

0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65
Relative received signal amplitude [dB]

0.7

PDA ジッタ測定の集計結果（相対振幅値と累積確率分布の関係）

通信距離

1m

通信速度

1.5 Gbit/s/2.25 Gbit/s バースト伝送

伝搬環境

LOS office model

所要 BER/PER

8% PER

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

97

小特集❶

Cumulative Probability Distribution Functionで実現すると同時に米国，日本それぞれで割り当てられ

57

USA
Canada
Korea

58

59

60

61

62

63

Band 1

Band 2

Band 3

Japan

Band 2

Band 3

図 11

64

GHz
66

65

Kiosk

所要 PER

PER=0.08

シンボルレート

1.664

変調方式

QPSK

符号化方式

RS (255, 239)

Ns

Np

Ns

単

位

Gsymbol/s

Lcp_PSDU LFFT_PSDU

Lss: Length of synchronization code
Nrds: Number of repetitions of synchronization code in short preamble(just after MIFS)
Nrdl: Number of repetitions of synchronization code in long preamble
Nibf: Number of repetitions of synchronization code for identification of
beacon frameNsfr: Number of repetitions of synchronization code for start framedelimitation (SFD)
Lgice: Length of cyclic prefix (CP) for initial channel estimation (CE)PHY-SAP ペイロードデータ
レート (Rb)

3.119

送信電力 (PT)10dBm

送信アンテナ利得 (GT )

15

dBi

中心周波数 (fc)

60

GHz

パスロス (1 m) (PL0)68dB

LFFT_header: Length of sub-block (equal to points of FFT for Frequency
DomainEqualizer: FDE if used) in PLCP header

受信アンテナ利得 (GR )

15

dBi

Lcp_PSDU: length of CP in PSDU

-79.1

dBm

10

dB

LFFT_PSDU: Length of sub-block (equal to points of FFT for Frequency
DomainEqualizer: FDE if used) in PSDU

-69.1

dBm

ビット当りの雑音電力(N=-174+10 log10 (Rb))

Gbit/s

所要 Eb/N0 (S) (PER=0.08)

6.6

シャドーイングマージン(Mshadowing )1dB

実装損 (I )

5

dB

-56.5

dBm

28.5

dB

受信感度
(Pth = S +PN +Mshadowing +I )Lce: Length of symbols for initial CE
Np: Number of pilot symbols for phase drift compensation (programmable)

雑音指数 (NF)
雑音電力 (PN =N+NF )Np

Nrds or Nrdl
Lcp_header LFFT_header

UM#5

伝搬モデル

PSDU

Band 3

リンクバジェット解析の例

利用モデル

PLCP
headerNibf Nsfd Lcecp Lce

Lss

周波数割当プラン（Channelization）の例
表9

PLCP preamble

Ns: Number of symbols between pilot symbols
Lcp_header: length of CP in PLCP header

図 12

基本フレームフォーマット構成

Transmitter

リンクマージン

Input data
generator

Sourceencoder

最大帯域幅は 2.317 GHz となる．

Digitalmodulator

Nonlinearityof power
amplifier
Channel model Communication
channel

BER/PERevaluationとが必要とされる．仮に周波数分割方式によりチャネル
割当を実現すると，図 11 に示すようにチャネル当りのChannelencoder

Phase noise

Receiver
Received
data

Sourcedecoder

Channeldecoder

Digitaldemodulator（2）に関しては受信感度を検討するために表 9 に示すような回線設計を行う必要がある．TG3c にて採択され

図 13

物理層特性の評価方法

た伝搬モデルを用いて提案方式の BER や PER 特性を評価し，利用モデルが要求する通信距離を満たすか，ま的なフレームの構成を検討する必要性がある．また（4）たマージンが何 dB あるかを示す必要がある．

の変調方式，誤り訂正方式を検討するためは，やはり伝また（3）に関しては TG3c においては 802.15b で規定

搬モデルを考慮した，シミュレーションにより BER/されているスーパフレームとフレームフォーマットが前PER 特性の評価検討を行うことで候補が見えてくる．

提となり，同期，伝搬路状況を推定する PLCP（Physical

特にミリ波増幅器の非線形性に対して耐性をもつ変調方

Layer Convergence Protocol）プリアンブル，物理層と式や，高速処理に耐えると同時にミリ波伝搬特性によるMAC 層のヘッダを伝送する PLCP ヘッダ，並びにデー

誤り訂正に適した誤り訂正方式を検討する必要がある．

タペイロードである PSDU（PHY Service Data Unit）

5.3 物理層評価で用いる通信モデル［16］，
［17］

からなる．

図 12 で示したフレームの伝送特性を評価するために，

このような基本フレームフォーマット構成から，シス

図 13 に 示 す 評 価 系 で，MATLAB を 用 い た 計 算 機 シ

テム上必要となるスループットを実現できるように具体

ミュレーション手法によって実現する．この評価におい98

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

Ω0

Small Rician factor (Dk )S-V model responseΓ, Λ, γ, λTime of Arrival (TOA)
Each ray arrives
Each cluster arrives
at the time with theat the time with theexponential distribution exponential distribution
with average value of with average value of
1/λ
1/Λ

図 14

Relative power [dB]

Relative power [dB]

Rician factor (DK )γ: Amplitude of each
ray is degraded by
the order of e-t /γ
Γ：Amplitude ofeach cluster isdegraded by theorder of e-t /r

-80

-90

SV クラスタ

-100

-110

0

20

40
60
Time of arrival [ns]伝搬路のモデル化-70

うに TSV モデルが利用できる状態にある．シミュレー
ション検討に必要となる各パラメータの概要を図 14 に示す．
なお，TSV モデルのチャネルレスポンスは次式で表される．

Relative power [dB]（ 1 ） 伝搬特性のモデル化は既に 3. にて解説したよ見通し波成分

-75

シミュレータの中で使用できるようにモデル化を行い，それを組み込む必要がある．

-85

-95
-100
-105
0

20

図 15

l=0 m=0al, m-Tl C -xl, m c-k [1-d (m)]= X0 ee

Gr ( 0, Wl + }l, m)

Eal, m ? Uniform ( 0, 2r ]ここで，b は見通し波の振幅係数， al, m は l 番目クラス
タ中における m 番目レイの遅延波の振幅係数，Tl は l番目クラスタの遅延時間，更に xl, m は l 番目クラスタ
における m 番目レイの遅延波の遅延時間となっている．
更に，Wl は l 番目クラスタの到来方向， }l, m は l 番目
クラスタ中 m 番目レイ到来方向を指す．また， Gt1 や

Gr2 などについてはその t や r の下付き記号によりそれぞれ送信信号及び受信信号に対するアンテナ利得を意味

80

100

チャネルレスポンスの比較

搬路モデル生成ブロック及びその参照データとして採用されて，IEEE サーバに公開されている．
例として，家庭内環境において実測したチャネルレス
ポンスと TSV モデルによりにより得たチャネルレスポ
ンスの比較例を図 15 に示す．見通し波成分の生起と遅延波のクラスタの様子がうまくシミュレートできている様子がうかがえる．
（ 2 ） PA の非線形特性のモデル化については，TG3cにおいては次式で示される Modified Rapp モデルが採用されている．

F AM-AM ( y ) =

Gx
1

2p
Gx
n o
e1 + dV sat
2p

するが，ここで見通し波が 2 波モデルで表現できることを考慮して，更に便宜上，直接受信信号に相当するもの

F AM-PM ( i ) =て表している．
上記の TSV モデルに従ったチャネルレスポンスを実Axqqxd1 + c m n
B

現する MATLAB ブロック，並びにこのブロックから

ここで G ： 小信号利得，V sat ：飽和出力電力，p ：生成される家屋伝搬モデル及びオフィス伝搬モデルの実

フィッティングパラメータである . また，A，B，q は，現例は既に CoMPA より TG3c に提出され，正式な伝実測値から得られるフィッティングパラメータである．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

99

小特集❶

を 1，机上による 1 回反射信号に相当するものを 2 とし

40
60Time of arrival [ns]（ b ）TSV モデル生起例

3+ ! ! al, m d ( t - Tl - xl, m) d ( { - Wl - }l, m)

2

Beam width: 60 deg
Assuming distance: 3 m

SV クラスタ-90h ( t ) = bd ( t )nD
2r 2h1 h2
F
Gr1 Gr1 + Gr2 Gr2 C 0 exp < j
D
mf
D

100

-80

-110

3

80

（ a ） 測定例ては（1）伝搬特性，（2）PA の非線形特性，
（3）
位相雑音を

b=

AntennaheightTx: 170 mm
Rx: 150 mm
Beam width: 60 deg
Distance: 3 m

見通し波成分
β

解説論文

-70

LOS component10 0

Packet error rate

10 -1

10 -2

10 -3

10 -4 1

表 10

BPSK AWGN w/o coding w/o PN
BPSK AWGN w/coding w/o PN
BPSK AWGN w/coding w/PN dBclow=-90
BPSK LOS office w/coding w/o PN
BPSK LOS office w/coding w/PN dBclow=-90

2

図 16

3

4
5
6
Eb/N0 [dB]

7

8

9

評価で使用したパラメータ

帯域

7

チャネル数

3

帯域 / チャネル

2.33

変調方式

QPSK

BPSK

検波方式

同期

同期

変調多値数レベル2

1

シンボルレート

1.6

1.6

ロールオフファクタ

0.35

0.35

PHY ペイロード長

2048

PSDU コードレート

3/4

PSDU 伝送時間

6827

13653

ns

伝送レート
（符号化なし）3.2

1.6

Gbit/s

ペイロードデータレート

2.4

1.2

Gbit/s

GHz
GHz

Gsps
byte

PER 特性（BPSK，見通しオフィス）

たディジタル信号処理においては，できるだけ低ビット
10

0



分解能で処理できることが望ましい．これらの観点から
CoMPA ではシングルキャリヤ（SC：Single Carrier）方式を基本提案方式として標準化を目指している．

Packet error rate

10 -1

しかしながら，TG3c が求める 2 Gbit/s 以上を ASK，
FSK，BPSK 等で伝送を行うと図 11 に示した周波数プ10ランを満たすことが難しくなる．

-2

また，ミリ波帯での高度な多値変調方式の利用は位相

10 -3

10 -4 1

雑音による劣化を受けやすい．そこで，QPSK，オフセッ
ト PSK 等が基本伝送モードとなる．MSK も帯域制限

QPSK AWGN w/o coding w/o PN
QPSK AWGN w/coding w/o PN
QPSK AWGN w/coding w/PN dBclow=-90
QPSK LOS office w/coding w/o PN
QPSK LOS office w/coding w/PN dBclow=-90

2

図 17

3

4
5
6
Eb/N0 [dB]の面からは有効な手段と考えられるが，マルチパス環境
7

8

9

PER 特性（QPSK，見通しオフィス）

での使用も想定すると，受信側で周波数軸等化を行う場
合に周波数軸上での振幅が安定しないため，安定な等化性能を得ることが難しいという課題がある．なお，誤り訂正については近距離通信を行う場合はリードソロモン
符号が中心と考えられるが，見通し外環境や高効率符号モデル化の例は文献［16］に示されている．
最後に（3）位相雑音のモデル化は TG3c においては次式で示されるモデルが採用されている［17］．

PSD ( f ) = K $2=1 + dfn G
fz=1 + d

2

f
n G
fp

化性能を考えた場合，畳込み符号や LDPC 符号の利用も候補として考えられる．
5.4.2 基礎伝送特性例
図 16 及び図 17 に，表 10 に示した評価パラメータを用いて QPSK 若しくは BPSK 変調で 2048 Byte パケットを伝送した場合の PER 伝送特性を示す．同図には，誤り訂正の使用した場合と使用しなかった場合（w/coding または w/o coding）及び 5.3 に示したモデルに従ここで K は PLL の低周波数ノイズ， f p は極周波数

う位相雑音の影響を信号に重畳した場合と使用しなかっそして fz は零周波数である．以上のモデルを利用してた場合（w/PN または w/o PN）のそれぞれについて結果

物理層の評価を行う必要がる．

を示している．

な お f z が 100 MHz， f p が 1 MHz， そ し て K が-87 dBc/Hz の場合の特性例が［25］に示されている．

PA に対する出力バックオフ値は 3 dB としている．
同図より見通しオフィス伝搬環境下において BPSK 方

5.4 物理層の基礎検討と評価結果例

式 及 び QPSK 方 式 が PER=8% を 満 足 す る た め に は

5.4.1 基 礎 検 討

Eb/N0 としては，4.8 dB 以上及び 6.7 dB 以上が，それミリ波 WPAN という比較的近距離での利用形態を想ぞれ必要であることが分かる．

定すると端末を小電力で駆動できることが望ましく，ま100

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

すび

本論文では，近年注目を浴びている免許不要 60GHz
帯 WPAN の標準化活動を行う IEEE802.15.3c（TG3c）の動向について解説した．また，シングルキャリヤ方式
をベースとして物理層提案を TG3c へ共同検討し，早期ミリ波デバイスの実現と普及を目指しているミリ波実用化コンソシアムの設立概要と，同コンソシアムが提案検討中の利用モデルであるキオスクファイルダウンロードの詳細，また検討中の物理層に関する評価項目，評価に必要となる各種モデル，物理層特性（PHY）の基礎検討
結果例について紹介した．
文

献［1］ http://www.ieee802.org/15/pub/TG3c.html［2］ B. Razavi, “A mm-Wave CMOS heterodyne receiver withon-chip LO and divider, ” ISSCC Dig. Tech. Papers,
pp.188 ─ 189, Feb. 2007.
［3］ S. Emami, C. H. Doan, A. M. Niknejad, and R. W.
Brodersen, “A highly integrated 60 GHz CMOS front-end
receiver,” ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.190 ─ 191, Feb.

2007.

［4］ B. Heydari, M. Bohsali, E. Adabi, and A. M. Niknejad,“Low-power mm-Wave components up to 104 GHz in
90nm CMOS,” ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.190 ─ 191,

Feb. 2007.

［5］ A. Natarajan, B. Floyd, and A. Hajimiri, “A bidirectional
RF-combining 60 GHz phased-array front-end,” ISSCC
Dig. Tech. Papers, pp.202 ─ 203, Feb. 2007.
［6］ B. Floyd, S. Reynolds, U. Pfeiffer, T. Beukema, J. Grzyb,
and C. Haymes, “ A silicon 60 GHz receiver andtransmitter chipset for broadband communication, ”
ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.182 ─ 183, Feb. 2006.
［7］ A. Sadri, “802.15.3c Usage Model Document (UMD),”（平成 19 年 3 月 22 日受付，5 月 18 日再受付）

荘司 洋三（正員）▶平 7 阪大・工・電気卒．平 11 同大大学
院博士後期課程工学研究科通信工学専攻
了．同年，郵政省通信総合研究所（現在の独立行政法人情報通信研究機構）に入所．以来，主としてミリ波通信システムの研究開
発と標準化活動に従事．主任研究員．米国
電気電子学会（IEEE）会員．平 12 本会学術奨励賞，平 15 CRL 優秀業績賞（個人），平

06-0055-21-003c, May 2007.

［8］ Y. Shoji, C.-S. Choi, S. Kato, I. Toyoda, K. Kawasaki, Y.
Oishi, K. Takahashi, and H. Nakase, “Re-summarizationof merged usage model definitions parameters,” IEEE

802. 15-06-0379-02-003c, Sept. 2006.

［9］ A. A. M. Saleh, et al., “A Statistical Model for Indoor
Multipath Propagation,” IEEE J. Sel. Areas Commun.,vol.5, no.2, pp.128 ─ 137, Feb. 1987.
［10］ H. Sawada, Y. Shoji, Chang-Soon Choi, K. Sato, R.

19 本会エレクトロニクス ソサイエティ賞各受賞．

原田 博司（正員）▶平 7 大阪大学大学院通信工学専攻博士課
程了．同年，郵政省通信総合研究所入所．
以来，ディジタル信号処理を利用した高速移動通信技術，ソフトウェア無線通信技術，
コグニティブ無線通信技術に関する研究に従事．平 8 オランダ・デルフト工大ポスト
ドクトラルフェロー．現在，独立行政法人
情報通信研究機構新世代ワイヤレス研究セ
ンターユビキタスモバイルグループ研究マネージャー．工博．平18 本会業績賞，平 18 文部科学大臣表彰若手技術者賞各受賞．平

17 〜 19 本会ソフトウェア無線研究専門委員会委員長．IEEE 会員．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

101

小特集❶

Funada, H. Harada, S. Kato, M. Umehira, and H. Ogawa,LOS ofﬁce channel model based on TSV model,” IEEE
802. 15-06-0377-02-003c, Sept. 2006.
［11］ H. Sawada, Y. Shoji, Chang-Soon Choi, K. Sato, R.
Funada, H. Harada, S. Kato, M. Umehira, and H. Ogawa,LOS residential channel model based on TSV model,”IEEE 802.15-06-0393-00-003c, Sept. 2006.
［12］ H. Harada, R. Funada, H. Sawada, Chang-soon Choi, Y.
Shoji, and S. Kato, “ A proposed plan to merge IntelM AT L A B c o d e a n d N I C T M AT L A B c o d e , ” I E E E
802.15-06-0516-01-003c, Dec. 2006.
［13］ H. Harada, R. Funada, H. Sawada, and S. Kato: “CMGolden Set for PHY Simulation of TG3c (CM1.3)” IEEE
802. 15-07-0580-00-003c, Jan. 2007.
［14］ Y. Shoji, R. Funada, H. Sawada, Chang-Soon Choi, K.
Sato, H. Harada, and S. Kato, “Solutions-to-LOS-mmWWPAN,” IEEE 802.15-06-327-00- 003c, July 2006.
［15］ Y. Shoji, Chang-Soon Choi, H. Sawada, S. Kato, I.
Toyoda, K. Kawasaki, Y. Oishi, K. Takahashi, and H.

解説論文

6．む

Nakase, “Performance degradation due to PDA jitter in
UM5 simulation,” IEEE 802.15-06-0440-02-003c, Nov.
2006.
［16］ C.-S. Choi, Y. Shoji, H. Harada, R. Funada, S. Kato, K.
Maruhashi, and I. Toyoda, “Behavioral model of 60GHzband power amplifier for SYS/PHY evaluation, ” IEEE
802.15-06-0396-01-003c, Sept. 2006.
［17］ Chang-Soon Choi, Y. Shoji, H. Harada, R. Funada, S.
Kato, K. Maruhashi, and I. Toyoda, “ RF impairment
models for 60 GHz-band SYS/PHY simulation, ” IEEE
802.15-06-0477-01-003c, Nov. 2006.
［18］ H. Harada, et al., “CM MATLAB Release 1.1 Support
Document,” IEEE 802.15-07-0559-03-003c March 2007.
［19］ 加藤修三ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（1）総論，移動通信ワークショップ，
pp.175 ─ 178, March 2007.
［20］ 荘司洋三ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（2）ターゲットアプリケーションとユーセージモデル，移動通信ワークショップ，pp.174 ─
182, March 2007.
［21］ 沢田浩和ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（3）チャネルモデル，移動通信ワーク
ショップ，pp.183 ─ 186, March 2007.
［22］ 原田博司ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（4）物理層構成，移動通信ワーク
ショップ，pp.187 ─ 190, March 2007.
［23］ 児島史秀ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（5）15.3cMAC における必要事項の検 討， 移 動 通 信 ワ ー ク シ ョ ッ プ，pp.191 ─ 194, March
2007.
［24］ 豊田一彦ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（6）アンテナ，移動通信ワークショッ
プ，pp.195 ─ 198, March 2007.
［25］ C.-S. Choi ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研究開発と標準化活動─（7）ミリ波 RF フロントエンド，移動通信ワークショップ，pp.199 ─ 201, March 2007.

加藤 修三（正員：フェロー）▶昭 52 東北大学大学院博士課程了．同年
日本電信電話公社入社．昭 52 〜平 7NTT
研究所にて衛星通信及び，パーソナル通信の研究に従事し，変復調・同期制御・誤り
訂 正 方 式 の 研 究 開 発 及 び TDMA 装 置 のASIC 化 を リ ー ド． こ の 間， 世 界 初 のTDMA 装置の ASIC 化に成功，また，世界初の２Ｖ動作商用 ASIC の開発に成功．その後，米国で携帯電話（IS-136）用ベースバンド ASIC の開発に成功し，更に携帯電話の開発と製造に従事．日米でのビジネス経験を経て，現在，情報通信研究機構プログラムディレクタ，東北大学電気通信研究所客員教授，パシフィック・スター・コミュニケー
ションズ代表等を務める．IEEE フェロー．

豊田 一彦（正員）▶昭 60 阪大・工・通信卒．平 2 同大大学
院通信工学専攻博士後期課程了．工博．同年日本電信電話（株）入社．平 2 〜 13 NTT
研究所及び NTT エレクトロニクス（株）にて，三次元 MMIC の研究及び事業化に従事．平 13 より NTT 研究所にて，60 GHz
帯ミリ波を使ったギガビットワイヤレスシ
ステムの研究開発並びにミリ波 WPAN・ミ
リ波放送素材伝送システムの標準化に従事．平 16 〜 19 新潟大学
大学院客員助教授．現在，NTT 未来ねっと研究所主任研究員．平6 本会学術奨励賞，Japan Microwave Prize（APMC’94），平 15
電気通信普及財団テレコムシステム技術賞，平 18 本会エレクトロ

池田 秀人▶昭 50 山梨大・工・電気卒．同年沖電気工業（株）入社．昭 56 〜平 6 国内及び同社
米国法人において AMPS・TACS 方式携帯
電話機の設計開発及び製造に従事．平 7 〜
11 同 社 シ ン ガ ポ ー ル R&D セ ン タ 勤 務，
WCDMA 関連技術の研究開発を支援．現在
同社横須賀 R&D センタ勤務．ミリ波ホームネットワークプロジェクトに従事．

大石 泰之（正員）▶昭 59 筑波大・第三学群・基礎工学類卒．
同年（株）富士通研究所入社．以来，PDC，
WCDMA 等の携帯電話システムをはじめとする移動無線通信の研究開発に従事．現在，
ネットワークシステム研究所先端ワイヤレス 研 究 部 長． 平 15 電 気 科 学 技 術 奨 励 賞（オーム技術賞）受賞．IEEE 会員．

丸橋 建一（正員）▶平元神戸大・理・物理卒．平３同大大学
院理学研究科修士課程了．同年日本電気（株）入社．化合物半導体低雑音 FET．ミリ波集積回路，ミリ波モジュールの研究開発に従事．現在，日本電気（株）デバイスプ
ラットフォーム研究所主任研究員．IEEE
会員．

ニクスソサイエティ賞受賞．IEEE 会員．

高橋 和晃（正員）▶昭 63 横浜国立大学大学院工学研究科電子情報工学了． 同年松下電器産業（株）入社，Bi-CMOS，GaAs デバイス，RF-MEMS
応用デバイスなどの研究に従事．松下技研（株）勤務を経て現在，松下電器産業（株）
ネットワーク開発センター勤務．ミリ波広帯域無線システム，デバイスの研究開発に従事．博士（工学），IEEE 会員．

川崎 研一（正員）▶昭 58 九大・工・電子卒．同年ソニー（株）
入社．TV 事業部にて衛星放送受信機の開発設計に従事．平元〜 2 テキサス大学オースティン校客員研究員．平 元〜 8 ソニー（株）にて衛星放送受信機の開発設計に従事． 平 8 〜 17 米国 Sony Electronics, Inc
社 テクノロジーセンターサンディエゴに赴任．衛星放送受信機の開発，米国地上波
DTV 受信機の研究開発，60 GHz 無線システムの研究に従事．平17 よりソニー（株）RF・信号処理開発部にてミリ波 CMOS シス
テムの研究開発に従事．IEEE 会員．

102

中瀬 博之（正員）▶ 1989 東 北 大・ 工・ 電 気 卒．1995 同 大
大学院工学研究科博士課程（電気及通信）了．博士（工学）．同年日本電信電話（株）ワ
イヤレスシステム研究所入社．1999 より
東北大電気通信研究所助手．2005 同助教授，現在に至る．移動通信ネットワーク，
無線通信技術に関する研究に従事．1994
第 4 回 PIMRC 学生論文賞．1996 第 11 回
電気通信普及財団賞（テレコムシステム技術賞）2005 FPGA/PLD
Design Conference ユーザプレゼンテーション審査員特別賞各受
賞．IEEE．エレクトロニクス実装学会各会員．

安藤

真（正員）

▶ 1979 東京工業大学大学院博士課程了．
同年電電公社入所，1982 東京工業大学助手，1995 同教授．電磁界理論，アンテナの 研 究 に 従 事． 国 際 電 波 科 学 連 合Commission B 委 員 長，IEEE ア ン テ ナ
伝 搬 ソ サ イ エ テ ィ AdCom，EU ACE
Scientific Council，本会エレクトロニクス
ソサイエティ会長．1992 第８回井上賞，1993 本会業績賞，論文賞，2004 電波功績賞，2006 情報化促進
貢献に対し総務大臣表彰．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド

解説・報告
IEEE 802.15 ワーキンググループにおける標準化動向
情報通信研究機構医療支援 ICT グループ / 大阪市立大学

原 晋介

筆者は，過去には独立行政法人情報通信研究機構の UWBという三つの種類（格みたいなもの）がある．IG は，ある新結集型特別グループの研究員として，そして現在は同機構のしい標準規格の対象分野が提起された後に，その分野に興味

医療支援 ICT グループの研究員として，無線パーソナルエ

をもっている人が集まり，そこでの PHY，MAC やアプリ

リアネットワークに関する標準化を行っている IEEE 802.15

ケーションを広く議論する．SG はその分野での新しい標準

ワーキンググループに 2005 年 1 月から出席している．本報

規格の必要性を確認し，TG への昇格で必要となる 5C（5

告では，本原稿を書いている 2007 年 4 月初旬での，本ワー

Criteria）と PAR（Project Authorized Request）を決定する．

キンググループにおける最近の標準化動向について，筆者が5C は，（1）Broad Market Potential（大きな市場をもってい実際に経験してきたことを交えて解説する．なお，記述に不ること），（2）Compatibility（IEEE 802.1 規格の性格を満足

正確なところが少々あるかもしれないが御容赦願いたい．

していること），（3）Distinct Identity（既存標準規格と明確に

1．ま え が き異なるアイデンティティをもっていること），（4）Technical
Feasibility（技術的に実現可能であること），（5）Economic

IEEE 802.15 ワーキンググループは，IEEE 802 ローカル

Feasibility（経済的に実現可能であること）を明確に述べた

エリアネットワーク／メトロポリタンエリアネットワーク標文書であり，一方，PAR は，その標準規格の名称，性格や準 化 委 員 会（LMSC：Local Area Network/Metropolitan

標準化を終了させるまでの手順等を明確に述べたものであArea Network Standards Committee）下のワーキンググルー

る．TG は，標準規格を決定するための技術的要求条件（TR：プであり，無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN：Technical Requirements）や選択基準文書（SCD：Selection

Wireless Personal Area Network）に関する規格の標準化をCriteria Document）等を決定した後，それらに沿って一つの行っている．標準化の対象は，変復調方式を規定する物理層標準規格を実際に決定し，決定した標準規格の文書を作成（ド（PHY：Physical layer）と送受信機間の通信手順を規定する

ラフティング）する．IG から SG への昇格，SG から TG へ

メディアアクセス制御層（MAC：Medium Access Controlの昇格は実行委員会（EC：Executive Committee）での承認

layer）の主に二つである．

が 必 要 で あ る． 特 に，SG か ら TG へ の 昇 格 で は，5C と本報告では，IEEE 802.15 ワーキンググループでの最近の標準化動向を述べるが，内容を理解するには，IEEE 802

PAR の審査が重要なポイントとなる．

2.2 TG での標準規格決定プロセス

LMSC の構成や標準規格決定プロセスについての理解が若TG ではあらかじめ決められた標準化計画に従って標準化干必要となる．以下では，まず，これらについて少し触れ，が 進 め ら れ る． 提 案 呼 び か け（CFI：Call For Intent to

それから本論に入る．

propose）に明記されている期間内に，規格を提案しようとする者は提案する意思を示す必要がある．そして，その期間後の会議から，提案の意思を示した提案者は各自の提案の発表

2.1 ワーキンググループの種類を行う．複数の提案から一つの提案に最終的に絞る（ダウンIEEE 802 LMSC には，有線から無線に関する様々なワー

セレクション）手順は，各 TG で決めた方法（Down Selection

キンググループが存在する．各ワーキンググループには，イProcedure） に よ る． 例 え ば， 後 述 す る TG4a，TG3a や

ンタレストグループ（IG：Interest Group），スタディグルー

TG3c の場合，総提案数が 7 以上の場合は，投票によって六プ（SG：Study Group）とタスクグループ（TG：Task Group）

つの提案にまず絞られ，そして二つに絞られた後，最終的に

解説・報告

103

小特集❶

2．IEEE 802 LMSC のワーキンググループ

一つの提案が決定されるというものである．会議の運営はロることがある），月曜日から木曜日までの 4 日間セッション

バート法に従って行われ，投票によって信任されるには，棄が続く．会議場では，朝食のサービスがあり（ホテルに朝食権を除く有効投票の 75% 以上の信任投票が必要である．なが付いている場合は，このサービスは時としてない），休憩

お，2007 年 3 月現在，IEEE 802.15 ワーキンググループに

時間には，クッキーやコーヒーのサービスがある．午後の休は 128 名の投票権者がいる．

憩時間にはアイスクリームがサービスされることがあり人気

標準化提案が一つにまとめられるとドラフティングの作業が高い．昼食をとる時間は 1 時間であり，中間会議では昼食が始まる．ドラフトができ上がると，全投票権者にそのドラが付くが，総会では付かない．会議場は，サービスと思って

フ ト が 配 布 さ れ，1 回 目 の 電 子 メ ー ル 投 票（LB：Letter

いるのか，常に異常に寒い．また，セッション会場はスライ

Ballot）が行われる．そのドラフトを信任するには理由を明ドを映すために常に暗い．非常に過酷な会議である．ちなみ記する必要はないが，不信任するにはその不信任の理由をコに，筆者は，会議中にホテルの自分の部屋でテレビのスイッ

メントする必要がある．LB によって標準化ドラフトが信任

チをこれまで 1 度も入れたことがない．

されるにはやはり 75% 以上の信任投票が必要で，得られな

投票権は個人単位で取得でき，ある時期に開催される会議

かった場合，標準化の最初からやり直しになったり，すべてのあるワーキンググループで投票権を得るためには，その会の不信任コメントに対する回答を用意しながらドラフティン

議の過去 4 回の総会のうち 2 回に参加し，かつそのワーキン

グからやり直しになったりする．1 回目の LB で 75% 以上のググループのセッションの 75% 以上に出席していることが信任投票が得られると，信任投票数を増やすために，不信任基本的な条件となる．ただし，そのうち 1 回の総会は 1 回ののすべてのコメントに回答し，ドラフトの修正をしていく．

中間会議に置き換えることができる．セッションの出席確認

LB は数回繰り返され，最終的には 95% 程度の信任投票が得は，各セッション中に，各自がもっているノートパソコンかられるのが通常である．LB が終了すると，今度は IEEE 内ら電子的に出席を付けたり，回ってくる出欠用紙に自署したにある標準化協会（Standard Association）メンバによるスポりすることによって行われる．この「個人単位で投票権をもンサ投票（SB：Sponsor Ballot）が行われ，LB と同じプロセてる」というのが，アメリカの業界団体である IEEE での標スが繰り返される．SB が終了すると，IEEE 内の評価委員

準化の性格を，他の団体での標準化の性格と大きく異にして会（RevCom：Review Committee）において文書フォーマッいる点である．例えば，携帯電話等の移動体通信システムのトや標準化のプロセスが最後に審議され，承認後，IEEE の標 準 化 団 体 で あ る 3GPP（the 3rd Generation Partnership

標準規格となり初めて世に出る．

Project）では，組織単位でしか投票権をもてない．したがっ

2.3 年間の会議回数と投票権て，IEEE では，自分の思いどおりの規格を標準規格にするIEEE 802 標 準 化 会 議 は 年 に 6 回 開 催 さ れ，3 月，7 月，

ことは，その気になれば（膨大な人員と資金をつぎ込めば）可

11 月に開催される総会（Plenary Meeting）と 1 月，5 月，9 月

能である．外国のある企業は，それに近いことを実際にやっに開催される中間会議（Interim Meeting）で構成される．1 回ている．

の会議は，1 日当り 2 時間のセッションが四つあり（午前に30 分の休憩を挟み 2 セッション，午後も 30 分の休憩を挟み
2 セッションあり，朝 8 : 00 から夜 6 : 00 まで．時として，五つのセッションやチュートリアルがあり，夜 11 : 00 までにな

図1

104

3．IEEE 802.15 ワーキンググループの最近の標準化状況
図 1 に，2007 年 4 月現在で活動中の IEEE 802.15 ワーキ

2007 年 4 月現在の IEEE 802.15 ワーキンググループ構成

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告ンググループの構成を示す［1］．各グループでの最近の標準

TG3a の膠着状態を知っている TG4a のグループメンバは，

化状況について，筆者が主に出席しているグループを中心に

このまま力と力でぶつかり合うと TG3a のように一つの提案

して述べる．

にまとめることができないと感じ，その結果，2005 年 3 月

3.1 TG4aにとった選択は，まず，六つのグループが合意できる基本合本標準規格のもとになっている IEEE 802.15.4 標準規格

意案（Baseline Agreement）を作り，それから細部を徐々には，センサネットワークのような低伝送速度かつ低消費電力

つめていくことであった（このやり方は，IEEE 802.11 流とを満足する PHY/MAC を規定しているもので，800 MHz 帯，いう話もある）．TG3a と異なり，これができた理由は，エ900 MHz 帯及び ISM 帯でそれぞれ 20 kbit/s，40 kbit/s 及びネルギー検波，遅延検波や同期検波という違いはあるが，250 kbit/s の伝送速度をもつものとして 2003 年にリリース

UWB 帯での UWB-IR に基づいた方式の提案が五つと，こさ れ て い る（IEEE 802.15.4-2003）． こ の 標 準 規 格 は ま た

れとは周波数帯が異なる 2.4 GHz-ISM（Industrial，Scientific

ZigBee の PHY/MAC として採用されている．

and Medial）帯でのチャープを使ったスペクトル拡散（CSS：IEEE 802.15.4a は 1 m 以下の測距能力をもった，伝送速

Chirp Spread Spectrum）方式に基づいた提案が一つであっ

度は IEEE 802.15.4 よりも大きなスケーラビリティをもち，たからである．基本合意で，（1）UWB 帯での UWB-IR は，更なる低消費電力を実現できる代替 PHY と，それに伴うエネルギー検波，遅延検波と同期検波が可能な変調方式とス

MAC の修正を規定する 15.4 の修正規格（Amendment）であペクトル拡散方式であること，（2）2.4 GHz-ISM 帯の CSS はる．IEEE 802.15.4a は 2004 年 3 月に正式に TG となり，同測距能力をもたない，などであった［3］．仕方ないことであ

年 7 月の CFI に対して 26 の提案があった．これらの提案はるが，（1）により UWB-IR の PHY は非常に複雑な構成に2005 年 1 月と 3 月の会議で発表が行われたが，これらの会なったことは否めない．また，（2）の理由は，ISM 帯の送信

議の間にチェアマンにより提案の合併（マージ）が推奨され，電力は UWB 帯のそれより大きいので，CSS が優れた測距

3 月の時点で 26 の提案は六つのグループによる提案に集約能力をもつと，マーケットが UWB-IR から CSS に流れるのされた．したがって，2005 年 3 月にはダウンセレクション

をおそれたからであろう．我々の意に反して，UWB-IR では行われなかった．

は MAC が CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access

ところで，IEEE 802.15.4a と同じ時期に標準化の議論がwith Collision Avoidance） か ら ALOHA に 修 正 さ れ た が始まった IEEE 802.15.3a は高伝送速度の WPAN の標準規

（UWB-IR 信号をキャリヤセンスで見つけることは難しいこ格である IEEE 802.15.3 の代替 PHY の修正規格であった．

とと，より安価な送受信機構成にしたいという理由から），

TG3a で は，2003 年 9 月 に 提 案 が MB-OFDM（Multi-Band

標準化はその後順調に進み，ドラフトの電子メールによる第Orthogonal Frequency Division Multiplexing）と DS-UWB

1 回の投票（LB33：2006 年 1 月）では 75.4%，第 2 回の投票

（Direct Sequence-Ultra-Wideband）の二つに集約されたが，（LB34：2006 年 5 月 ） で は 79.8%， 第 3 回 の 投 票（LB35：

これら二つの提案は根本的に異なる方式に基づいていたこと

2006 年 7 月）では 87.8%，第 4 回の投票
（LB36：2006 年 8 月）と，両者の支持投票数がほぼ同じであったことから，提案をでは 96.8% のそれぞれ信任投票が得られ，更に，スポンサ一つに絞れないという状況が 2005 年 3 月の時点でも続いて投票においても第 1 回の投票で 94%（2006 年 9 月），第 2 回いた（なお，TG3a の標準化活動は 2006 年 1 月に TG3a 始の投票で 96%（2007 年 1 月）の信任投票が得られている．ワー

まって以来の 94.7% という高い支持で取下げが決定していキンググループでの承認は 2006 年 11 月に条件付で得られてる）．

お り， 最 終 の IEEE の RevCom で の 承 認 は 2007 年 3 月 22

話を TG4a に戻そう．表 1 は，2005 年 3 月時点での六つ日に得られた．他の TG に出席してみて感じたことであるが，の提案である［2］．主に 3.1 GHz から 10.6 GHz である UWB

TG4a のチェアマンである Patrick Kinney 氏の手腕は素晴

帯でのインパルス無線（IR：Impulse Radio）に基づいた方式

らしいものであった．

の提案が五つ，主に 2.4 GHz-ISM（Industrial，Scientific and

3.2 TG3c

Medial）帯でのチャープを使ったスペクトル拡散（CSS：

本標準規格のもとになっている IEEE 802.15.3 標準規格

Chirp Spread Spectrum）方式に基づいた提案が一つである．

は，高伝送速度を満足する PHY/MAC を規定しているもの

表 1 TG4a での 2005 年 3 月時点での六つの提案
Eureca (A)Eureca (B)Chaotic-UWB

DS/CS-UWB

DBO-CSSWM-UWB

Doc. Number

05/0130-r0

05/0113-r2

05/0132-r0

05/0127-r0

05/-126-r0

05/0028-r2

Operating Frequency
Band(s)3.1 〜 10.6/2.4 GHz

3.1 〜 10.6 GHz

3.1 〜 5.1 GHz

3.1 〜 10.6/2.4 GHz

2.4 GHz

3.1 〜 10.6 GHz

Modulation Technique

IR-UWB

M-TOK-UWB

COOK-UWBDS-UWB/CSSCSS

OOK or BPSK

Data Rate

250 kbit/s

250 kbit/s

250 kbit/s

1 Mbit/s

1 Mbit/s

8 Mbit/s

解説・報告

105

小特集❶

Proposal Descriptor

で，55 Mbit/s までの伝送速度をもつものとして 2003 年にSG4c は， 中 国 で WPAN 用 に 割 り 当 て ら れ て い る 314 〜

リリースされている．

316 MHz 帯，430 〜 434 MHz 帯及び 779 〜 787 MHz 帯に対IEEE 802.15.3c は，IEEE 802.15.3 に対するミリ波帯（60応するための，IEEE 802.16.4-2006 標準規格の代替 PHY とGHz）での代替 PHY と，それに伴う MAC の修正規格であそれに伴う MAC の修正規格である．現在は，5C と PAR

る．IEEE 802.15.3c は 2005 年 3 月 に 正 式 に TG と な り，の策定を行っているところである．

2007 年 1 月の CFP に対して 27 の提案があった．同年 5 月

3.4 TG4dにすべての提案の発表が行われ，チェアマンによる合併の推

日本では，950 MHz 帯はパッシブタグシステムに現在割奨の後，同年 7 月ダウンセレクションが行われる予定である．

り当てられているが，この周波数帯でアクティブタグシステ

標準規格には，計算機シミュレーション，実験や理論にムを共用することが総務省で検討されている．TG4d は，

よって学術的に一番良い特性が得られるものが選択される

SG4c と同様に，この 950 MHz 帯アクティブシステムに対応のではなく，他の標準規格の動向やマーケットに投入できるするための，IEEE 802.16.4-2006 標準規格の代替 PHY とそまでの早さ等，企業の論理で最適と思われるものが選択されれに伴う MAC の修正規格（Amendment）である． 2007 年 1

ることに注意しなくてはならない．ミリ波帯の信号はその直月に正式な TG となっている．

進性の強い伝搬特性から，見通し内のマルチパスがあまり多

3.5 TG5

くない状況での高速伝送に向いている．したがって，そのTG5 は，メッシュネットワーキングを可能にするために

PHY として，マルチパスに強い OFDM をわざわざ使う必PHY/MAC の中に存在すべきメカニズムを決定するための要性はなく，シングルキャリヤ変調プラス等化器が向いてい勧告（Recommended practices）である．TG5 は 2004 年 7 月

ると考えるのが合理的である．これは学術的に正しいと思に正式に TG となり，勧告のドラフティングは終了しており，う．しかし，WPAN の MB-OFDM のチップベンダ，ある2007 年 5 月に第 1 回の LB が計画されている．

いは WLAN の IEEE 802.11a や g のチップベンダは，既に3.6 WNGOFDM のベースバンド回路デザインやノウハウをもってお次世代の無線通信の標準規格となるような芽を見つけるたり，彼らにとっては，わざわざシングルキャリヤで回路デザめの委員会として，IEEE 802.15 ワーキンググループの中に，

インからやり直すより，今あるデザインやノウハウを応用す

SCwng（Wireless Next Generation Standing Committee）とる，つまり，ベースバンド OFDM 信号をマイクロ波帯に現いうものが 2006 年 7 月から設立されている．IEEE 802.15

在アップコンバートしているものを，ミリ波帯にアップコンの WNG で は，PHY/MAC だ け に こ だ わ る こ と な く，

バートする方が簡単で，マーケットへ投入できる期間も短縮

WPAN に関連することならば何でも発表できる．したがっできるのである．したがって，このような企業の論理からすて，WNG のセッションは，IG，SG や TG のそれとは全く

れば，ミリ波帯でも OFDM を使用するというのが合理的な雰囲気が異なっている．WNG から IG を経て SG に最近昇のである．

格したものに次の SGmban（Medical Body Area Network）

TG3c に は シ ン グ ル キ ャ リ ヤ を 推 奨 す る グ ル ー プ とがある．

OFDM を推奨するグループの二つが現在存在している．ま3.7 SGmban

た，TG3a のように，これら二つの変調方式は基本的に異なIG-BAN としての活動は，2006 年 5 月から開始されたが，る方式である．TG4a 以上にチェアマンの手腕が要求され，2007 年 1 月に SG に昇格したときには，“Medical” の “M” が両グループが妥協点を見出せるかどうかが今後のかぎとな

付いて SGmban となっている．家庭内でのヘルスケアのたる．次回 2007 年 5 月からの TG3c の動向は注目に値する．

めの体温計，心拍計や血圧計等のセンサや，病院内での心電3.3 SG4c図，脳波形や筋電計等のセンサを，体表面に常時装着して使IEEE 802.15.4-2003 標準規格は，その不確かな部分や不必用する場合の，超近距離（2 m 以下），超低消費電力（バッテ

要な複雑性を改善し，セキュリティキーの使用に柔軟性をも

リーレス動作可能），電磁波の人体への影響（例えば，SAR：

たせ，また新しい周波数帯に対応するために，TG4b によっSpecific Absorption Rate 値を規定）を考慮に入れる，等を特て 2006 年 6 月 に 改 訂 さ れ て い る（IEEE 802.15.4-2006）．

徴とする新しい標準規格である．本標準規格には，このような体表面間や体表面と少し離れたアクセスポイント間の
PHY/MAC の規定だけでなく，体内に埋め込まれたインプ
ラントセンサやカプセル内視鏡等とアクセスポイント間の
PHY/MAC の規定も含まれている．
2007 年 3 月に，アプリケーション，法規制及び電波伝搬の三つのサブグループが組織され，7 月の TG への昇格に向け，5 月には，アプリケーションの絞込みが行われる見込みである．他のワーキンググループと違ってグループ名に番号とアルファベットが付いていない理由は，医療用の新しい周106

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告波数帯（例えば，医療用テレメータ帯）のための新しい PHY

謝辞

本報告を書くにあたり，沖電気の福井潔氏と情報通と，それに伴う MAC の修正ならば 15.4e という道もあるし，

信研究機構の滝沢賢一氏に多くの意見を頂き，文章を修正頂

全く新しい標準規格を目指すなら 15.6 という道もあるからいた．ここに深く感謝の意を表します．

である．どちらを選択するかはこれから議論をし，その選択が今後の標準化への道のりを決定する．

4．む

す

び

文

献

［1］ http://ieee802.org/15/index.html［2］ IEEE-15-05-0159-00-004a.
［3］ IEEE-15-05-0140-01-004a.

（平成 19 年 4 月 4 日受付）

学生の時代を含め約 20 年間，これまで数多くの国際会議に出席してきた．情報通信研究機構の研究員となり，2007
年 1 月に IEEE 802 標準化会議に最初出席するときは正直抵抗があった．大学で学術研究を行っている研究者にとって，標準化会議は無縁であるべきと考えていたからである．しかし，現在，標準化会議は大変面白いし，国際会議も面白いが，国際会議は少々生ぬるいと思う．提案を発表し終わった後の，他の方式を提案しているグループからの攻撃，密かに手を組んでいるグループからの好意的な質問，ダウンセレクションの緊張感…．標準化会議では妥協が全く許されない．

原晋介（正員）▶ 大 阪 市 立 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 教 授．
IEEE 802 標準化会議には，2006 まで独立
行政法人情報通信研究機構 UWB（UltraWideband）結集型特別グループの研究員としてワーキンググループ IEEE 802.15.4aに，2006 からは同医療支援 ICT グループの研究員としてワーキンググループ IEEE
802.15 mban に主に出席している．

アメリカは成功を求めて人々がやってくる国であり，良いも の は 必 ず 認 め ら れ る 国 で あ る と 信 じ て い た． し か し，IEEE の標準化会議での実情は全く違った．日本より学歴が重要視されることはいうまでもなく，もっとコネ社会である．
セッション会場で表に立って魅力的な発表し，皆で議論していることよりも，その間にセッション会場を抜け，裏側で当事者間が密かに話し合っていることが，その標準規格の将来の方向を決める．そういう裏取引きに誘ってもらえるようにならないと一人前になったとはいえない．
企業の研究者だけでなく，大学の教員や学生も，国際会議
だけでなく，標準化会議に一度出席してみるべきであると思う．それも，提案を発表し，ダウンセレクションが行われる場を経験してみる価値はある．その人のその後の研究姿勢に大きな影響を与えるに違いない．

小特集❶

解説・報告

107

小特集❷

放送通信融合とマルチメディア技術
解説論文

ICT 社会のガバナンス

─技術と社会の調和に向けた ICT 政策─

Governance of ICT Society─ ICT Policy for Harmonization of Technology and Society ─

渡辺克也

†

曽根原登

†

Katsuya Watanabe† and Noboru Sonehara†

Summary類を見ないディジタル基盤を有する国となった．これと呼応し，インターネット回線で運ばれる情報の量は，年数百％の割合で上昇し，まさに「情報の量の爆発時代」

e-Japan，u-Japan 戦 略 は ICT（Information and Com-が到来した．情報量の爆発的増加に対応するためには，

munications Technologies）社会の到来を加速した．ICT 社
会は，実空間と情報・ネット空間が融合する社会である．

ネットワーク回線の容量増加，デジタル放送固有の遅延

その社会の理想は，自由，平等，安全の確保と経済発展な情報の中から有益な情報をいかに素早く探し出すかとにある．それを実現するには，ICT の利便性，効率性，自由度の向上と，著作権や個人情報保護，情報の信憑性・信頼性などの安全性，との調和が必要である．それには技術と市場メカニズムの関係のみならず，社会・文化，の低減，接続を制御するコンピュータの性能向上，膨大
いった検索の問題，などを解決しなければならない．
情報爆発の一方で，先進諸国での経済発展と雇用吸収
は，知識サービス産業，知的情報産業へのシフト傾向が法制度を有機的に連動させることが不可欠である．本文ある．ICT 社会における情報活動で，利用者は大量の情

は，ICT を技術と市場の側面から分析し，技術開発課題と報の中から必要とするものを取捨選別しながら意思決定

ICT 政策課題を導出する．ICT 革新（ICT Innovation）を経
済発展の原動力とするため，情報の量から質への変革，
ユビキタス家電，情報文化力の強化など，分野と専門を超えた新たな連携や仕組みとしての ICT 社会のガバナンスを提案する．

Key words
e-Japan，ICT（Information and Communications Tech-

を重ねる必要がある．しかし，その際に重要な要素である情報の信頼性・信憑性が昨今危ぶまれており，情報信
頼基盤の構築が求められている．
このような問題は，単に技術と市場メカニズムの関係
だけでは解決できない．ICT がもたらす利便性，効率性，自由度の向上という光の側面と，著作権侵害，個人情報漏えい，情報の信憑性・信頼性・真贋性の危機といった影の側面の総合的かつ緻密な調和が必要である．それにnologies），RFID，ユビキタス，ブロードバンド，公共政策，

は技術と市場メカニズムの関係とともに，社会・文化，

電子商取引，情報信頼性，情報信憑性，ガバナンス，グロ

法制度との連携が不可欠である．本論文は，ICT 革新をスナショナルクール

経済発展の原動力とするために，ICT 社会のガバナンスの役割について明らかにする．そして，ICT 産業の国際

1．ま え が き2000 年，政府は，2005 年までに世界最先端の ICT 環
境を整備するという「e-Japan 戦略」を打ち出した［1］．
その結果，ブロードバンドサービス，携帯電話，デジタ
ル放送の加入者数は近年急激に増加し，我が国は世界で†国立情報学研究所，東京都
National Institute of Informatics, Tokyo, 101-8430 Japan108

競争力の強化に向けて，情報と社会，技術と文化の連携，情報文化力の強化，ガバナンス機構について提案する．

2．ICT 社会の市場
2.1 情 報 爆 発
図 1 に示すようにブロードバンドサービス加入者数は
近年急激に拡大し，2,576 万に達している．そのうち
FTTH の契約者数は 794 万である［2］．また，携帯電話

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

2 に示すように，2 年で約 2 倍に成長しており，この傾のうち，インターネット接続は約 8,213 万加入，カメラ

向が続けば，2008 年ごろのインターネットトラヒック付き携帯電話約 8,000 万加入，IMT-2000 約 6,080 万加入の規模は，1 Tbit/s を超える勢いとなっている［5］．

となった．更に，地上デジタル放送受信機器の国内台数

情報量の爆発的増加に対応するための課題は多い．例は 1,800 万台となっている．このように我が国は，世界

えば，ネットワーク回線の容量増加，デジタル放送固有で類を見ないディジタル基盤を有する国となった
［3］
［4］
，
．

の遅延，接続を制御するコンピュータの性能向上，膨大これと呼応し，インターネット回線で運ばれる情報のな情報の中から有益な情報をいかに素早く探し出すかと量は，年 100 数十％の割合で上昇し続けている．インター

いった検索の問題，がある．

ネットを流通するトラヒック（1 日のピークトラヒック

更に，これまで情報通信とは無関係と思われていた問の月平均）は，2006 年末には 214.8 Gbit/s となった．図

題も含んでいる．情報量は，2020 年には現在の数百倍に

（万）
1,600
900

1,400

万

光ファイバ
（ＦＴＴＨ）

800
700

1,200

500
400

1,000

14,236,041

無線（ＦＷＡ）

300○契約数：11,580○事業者数：25社

200

800

ＤＳＬ

○契約数：14,236,041○事業者数：46社

7,940,384○契約数：7,940,384○事業者数：128社

600

解説論文

の加入者数は，2006 年末には約 9,445 万加入となり，そ100

11,580000/12 01/06 01/12 02/06 02/12 03/06 03/12 04/06 04/12 05/06 05/12 06/06 06/12

600
ケーブルインターネット

3,567,075○契約数：3,567,075○事業者数：382社

400
200
0

/12 /03 /06 /09 /12 /03 /06 /09 /12 /03 /06 /09 /12 /03 /06 /09 /12 /03 /06 /09 /12 /03 /06 /09 /12 /03 /06 /09 /12
99 00 00 00 00 01 01 01 01 02 02 02 02 03 03 03 03 04 04 04 04 05 05 05 05 06 06 06 06

注：平成16年6月末分より電気通信事業報告規則の規定により報告を受けた契約数を，それ以前は任意の事業者から報告を受けた契約数を集計している．

図1

ブロードバンドサービス加入者数の推移（出典：総務省報道発表資料より）（Gbit/s）
700

636.6

(2006.11)

600

523.6
(2006.5)

500

我が国のブロードバンド
契約者のダウンロード
トラヒック総量（推定値）

468.0 (2005.11)
424.5(2005.5)

400

323.6 (2004.11)

300

303.2 (2004.10)
269.4(2004.9)

協力 ISP 6 社のブロードバンド契約者のトラヒッ
ク総量（参考）国内主要 IX で
交 換 されるトラヒック
ピーク値

100

国内主要 IX で交換されるトラヒック総量0
1997年 1998年 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年

図2

解説論文：ICT 社会のガバナンス

小特集❷

200

協力 ISP 6 社の国内主
要 IX で交換されるトラ
ヒック総量

インターネットトラヒックの推移（出典：総務省報道発表資料より）

109

達し，数十 Tbit までになるという予測がある．2000 年

なりかねない．
ICT エネルギー問題に対応していくには，のテレビや通信機器などの消費電力は，全電力消費量の省エネ家電技術はもとより，節約という文化との連携，15％を占めている．このため情報量の増加に必要となる

コミュニティでの価値観共有などが必要となってくる．

消費電力は，国内総発電量の半分を占めるということにコンテンツとネットワークのディジタル化は，劣化な

その他
513

データベース記事
2,540
書籍
7,281
新聞
20,798

映画・ビデオソフト
11,303

問題が顕在化している
［6］
〜［8］．
の動向を見てみよう．世界でのコンテンツ対 GDP 比は，
世界平均が 3.1％，米国が 4.5％であるのに対し，日本は1.9％である．コンテンツ産業の全体の規模は世界の平均よりも小さい．図 3 に示すように日本のコンテンツ市

雑誌・
コミック
19,284

場は，テレビ番組，新聞，雑誌・コミック，映像・ビデ
オソフトの順で約 11 兆円の市場を形成している［9］．
音楽ソフト 6,620
ラジオ 2,694

一方，我が国は ICT 基盤の普及，大衆化が進展しており，モバイルコンテンツ，映像コンテンツのネットワー
ク流通市場は年々拡大していることが大きな市場的特徴（注）一次利用・二次利用の合計

図3

く大量に複製できることから著作権など知的財産権侵害
まず，ディジタルコンテンツのネットワーク流通市場

単位：億円
テレビ番組
2003 年実績
32,828（合計 約11兆円）

ゲームソフト 4,676

2.2 ディジタルコンテンツのネットワーク流通である．図 4，図 5 にディジタルコンテンツのネット

日本のコンテンツ市場（出典：総務省情報通信政策研
究所「メディア・ソフトの制作及び流通の実態」より）

ワーク流通の市場動向について示す［10］．モバイル通信
環境の普及により，携帯電話を用いた予約などトランザ
クションサービスや電子商取引サービスなどのモバイル
コマース，着メロ，着歌，待受け画面，モバイルゲーム

（億円）
8,000
7,000
6,000

などに代表されるモバイルコンテンツは大きな伸びを示

4,000

0

図4

1,193

は，2004 年で 1,000 億円市場規模となっており，そのう

1,709

1,793

2,133

2002年

2003年

る． ま た， ブ ロ ー ド バ ン ド 通 信 環 境 の 整 備 に よ り，
VOD など有料視聴によるインターネットでの映像流通

2,593

3,000

1,000

円，モバイルコンテンツ市場は約 3,100 億円となってい
4,074

5,000

2,000

している．2005 年，モバイルコマース市場は約 4,000 億

上段：モバイルコマース市場
下段：モバイルコンテンツ市場

ち携帯での映像流通は約 500 億円市場を形成している．
2,603

3,150

我が国の特徴であるディジタル基盤と連携した映像コン
テンツ産業の更なる活性化施策が必要となっている

2004年

2005年

モバイルコンテンツ市場規模（出典：「モバイルコンテ
ンツ産業構造実態に関する調査研究報告書」より作成）［11］．
2.3 情報の安全性
情報と通信の技術を基盤とした ICT 社会の到来により，あらゆる情報のディジタル化が促進され，インターネット，デジタル放送やブロードバンド通信の各種チャ

（億円）
1,200
1,000

ネルを流通する情報の量が爆発的に増加している．このような状況下で利用者は，大量の情報の中から必要とす

全体：インターネットでの映像流通
下段：携帯電話での映像流通

800るものを取捨選別しながら意思決定を重ねていく必要が
522

600

200
0

図5

110

フェッショナル的で公共性の高いパブリックチャネル
508

133

335
2003年

と，個人や家庭，中小企業や零細企業，様々なコミュニティ活動から，Web，Blog，SNS 等を用いて情報発信

71

2002年

情報の信頼性が昨今危ぶまれている［12］．
情報チャネルには，放送・メディアに代表されるプロ

328

400

ある．しかし，その意思決定のための重要な要素である

2004年

映像コンテンツのネットワーク流通市場規模（出典：「メ
ディア・ソフトの制作及び流通の実態調査」より作成）

するアマチュア的なプライベートチャネルの二つがある．これら情報チャネルを活用した消費者向けのネット
ビジネスには，電子商取引やネットオークションなどが通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

72.4

27.6

ディジタルカメラ

70.4

29.6

DVDレコーダ

62.6

プラズマテレビ

37.4

46.8

携帯電話機

解説論文

カーナビゲーション

53.2

15.4

84.6

サーバ

7.8

92.2

日本企業のシェア

デスクトップパソコン

7.7

95.8

海外合計

ルータスイッチ

2.5
0

97.5
20

図6

40

60

80

100%

ICT 家電産業における我が国のシェアあり，その消費者向けの市場規模は 2006 年に約 4 兆円，
ネットオークションは 2005 年で約 1 兆円の市場規模に（百万）
15,000

なっている．
ICT 革新は，ネットワークのインタコネクティビティと，専門を超えたコンテンツのインタラクティビティを10,000
人間が利用する
端末数飛躍的に向上させ，ICT 流通の変革をもたらした．これ
まで物やサービスの販売は対面取引を基本としていた．

5,000

それがオンライン仮想対面販売，直取引という新たな流物や生活環境における端末通形態が活発化した．しかし，このような市場拡大の一方でネットトラブルが後を絶たない．この問題には，現実世界とサイバー世界での信頼関係の形成，伝達，確認のメカニズムの違いが根底にある．このような問題を解2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 年

図7

ユ ビ キ タ ス 端 末 に よ る 市 場 拡 大（ 出 典：Forrester
Research, May 2001 より作成）決するために流通・取引秩序の再構築が望まれている．
2.4 ユビキタス端末

あらゆる人や物，環境の情報がネットワークに収集され，

図 6 に ICT 家電産業における我が国のシェアを示す．

更に蓄積され，利用されることも考えられることから，

カーナビゲーション，ディジタルカメラ，DVD レコー「安全性」への対応が必要になる
［16］，
［17］
．

ダ，プラズマテレビは世界市場の半分以上を占めている．
次世代携帯電話，光通信，情報家電等については，我が3．ICT 社会の分析

国の技術・製品に強みがある一方で，携帯電話，パソコ
ン関連，ソフトウェア関連の競争力は弱い［13］．

3.1 情報の量から質へのパラダイムシフト
ICT 社会の特徴は，放送やメディアのような同質の情爆発への対応とするのであれば，もう一つの ICT 社会報ではなく，様々なサイトからの異質な情報，多様な情

変革のかぎは端末である．これまでの通信手段の入口，

報が爆発的に増加していることにある．これに対し，人

単にネットにぶらさがる「端末」だったものが，大きく多間は一定量の情報しか処理できない．個人や組織が，収次元的に変貌する．図 7 に示すように，PC や携帯電話

集，分析，評価，管理できる情報量の割合が相対的に低だけでなく情報家電や電子タグ，ロボット，センサまで下する．そこで，情報の収集，信頼性の分析と評価をネッ

種々のものが端末としてネットワークにつながり，更に，

トワーク技術を活用することにより意思決定の質を高め

そのつながる端末の数もけた違いに爆発する時代が到来

る技術が必要となっている．図 8 に電子商取引におけるする［14］，［15］．ブロードバンド環境の更なる普及もあ

情報信頼モデルを示す．

り，端末自身の中身がすべて，ネット側に移行され，超シンクライアント端末も登場することが予想される．

例えば，サイトにアクセスし商品を購入する場面では，
カード情報などの個人情報を入力する必要がある．そのネットワークの側面から見れば，ブロードバンド性，とき，個人情報の漏えいやネット詐欺に対する不安や心

ユビキタス性をベースに，各種端末で処理されるコンテ

配を取り除かなければならない．場合によっては，悪貨

ンツだけでなく，位置情報，時間，所有者情報等を含め，が良貨を駆逐するように，モラルハザードによる市場崩

解説論文：ICT 社会のガバナンス

111

小特集❷

ICT 社会変革を構成する，最初のかぎを上述した情報サイバー 空間・ディジタル・インフラ
・ネット流通習慣・情報財・サービス財・検索（ランク，リンク）・決済・認証・電子現金・評判・ブランド・信頼
・信頼評価基盤

情報発信者
・コンテンツ・メタデータ・登録・物流網（店舗）
・対面流通習慣・物財・サービス財

図8

情報利用者
・個人情報
・メタデータ
・登録

リアル空間
・広告宣伝
・ポスレジ・物的認証・現金
・評判・ブランド・信頼

ICT ディジタル流通構造モデル

Peer A
Creative AgentRights, License, Price,
Quality, ….

Peer BMediation Agent
Reputation,
Bush Telegraph,……
Peer C
Enjoyment Agent
Evaluation,

Metadata
Metadata Exchange Network
network

Metadata Communication Layer
Digital Data

e-Authentication,
e-Payment

Shop, Institute,Content Holder,
Web Site, Theater,
Game Center,….

Content Delivery Layer
Broadband IP, Broadcasting, CD,DVD Logistic Networks

図9

メタデータ流通モデル

壊の可能性もある．利用者がサービスや商品，そしてそ克服した情報共有環境を実現するために進歩してきたもの後ろにいる人やネット事業者をどれだけ信頼してよいのであり，したがって，ディジタル革新は，情報の共有かを判断できるかが市場発展のかぎとなる．

と流通のパラドックスなのである［18］．

ICT 革新は経済発展の原動力であるし，それをうまくブロードバンド，モバイル，デジタル放送など ICT

活用して，知識サービス産業，知的情報産業へと産業構基盤の普及拡大により，モバイルコンテンツ，映像コン

造を転換しなくてはならない．そこで情報信頼基盤の社

テンツのネットワーク流通市場は年々拡大している．そ会実装が必要となる．社会の規範，習慣では，情報信頼の特徴を生かした流通秩序や制度設計が必要となってい性に関する自主的行動基準の策定や個人や企業の取組み

る．データそのものには，意味，価値，所有などを表現

あるいは情報信頼に関する第三者審査，規格，ラベル，する余地はない．このため，どんなコンテンツなのか，

ガイドライン等の策定などがある．個人や企業の情報信

それはどこにあり価格はいくらなのか，だれが創作し所

頼性に関する義務と責任の法制度化，情報トラストマー

有しているのか，更には評判や格付け，ランキングとクの発行，公的情報信頼評価・格付け機関の設立などがいった流通後に決まる様々な情報を記述する必要があ必要となっている．

る．これはデータについてのデータという意味でメタ

3.2 メタデータ流通基盤の整備

データと呼ばれる［19］．このようなメタデータを活用しディジタルコンテンツは，単なる 1 と 0 のデータにて新たな流通秩序を再構成していく必要がある．

よって構成されており，時間や物理量とは無関係である．

そのような ICT 流通秩序の再構成にこたえるネット

時間と無関係だからいつまでも存在し続け，変化するこ

ワークの機能分担構成モデルを図 9 に示す［20］．ディジとはない．物理世界の制約がないから，重さや場所とも

タルコンテンツを運ぶネットワークには，ブロードバン

関係がない．ディジタル技術は本来，物理世界の制約を

ド，モバイル，地上デジタル放送，物流ネットワークが112

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

体系（サイバースペース法）を整備し，規律のある世界を見，商取引，アフィリエートなど仲介サービスをつかさ構築し，安心して利用し活動できる世界を実現すること

どるサービス基盤を構築する必要がある．下位層のコンが必要である．

解説論文ある．その上位層で，メタデータを交換して，情報の発テンツ配信ネットワークと上位層のメタデータ交換ネッ
トワークの間には，情報を財として取引の対象とするた

4．ICT 社会のガバナンス

めに，情報や販売店の場所の探索，消費者や提供者の認証，ポスレジのような料金徴収などのマーケットインフ

4.1 ICT と文化の連携

ラが必要となる．

企業，組織の情報化，家庭や個人の情報化，社会やコ

3.3 サイバーネット社会との融合

ミュニティの情報化と進んできた．ICT が普及し，そのすべての情報がネット側に蓄えられ，利用されること

先には何があるのだろうか．我々は，技術基盤の上に文から，それらの多様かつ膨大な情報が個人の種々の情報化流通基盤の構築が不可欠であると考える．

とリンクされることにより，サイバーネット社会でのい情報化社会（Information Oriented Society）の第 1 段階

わば「自分」が存在し，時々刻々変化する状況に合わせは，大型コンピュータとシステム化の実用化による組織て，リアルな世界と連携し，個人の状況や環境に適応しや企業の情報化であった．次段階として，そのコンピュー

た新たな情報・サービスが提供されるものと考えられる

タのダウンサイジングとパーソナル化が進展し，個人や［21］．

家庭の情報化が進んだ．最終段階では，情報端末のネッ

逆の視点で見れば，サイバーネットでの世界が現実のトワーク化，ブロードバンド化，モバイル化が進み，行

リアルな社会と融合し，大きな影響力をもつものへと進政や電子商取引など社会経済活動やコミュニティ活動の展し，その行動形態や嗜好等に合わせて，自分も未来も情報化により情報化社会は最終段階へと進み，あらゆるネットワークが予測し，それが現実社会化していく可能

社会システムの情報化が進展している．

性がある．つまり，リアルな世界のほかにある，ネット物の生産・流通・消費が社会活動の中心である世界がワーク上のバーチャルな世界が，リアルな世界と同等の工業化社会であるとすると，情報の生産・流通・消費が力をもつ大きな存在となり，これが今後ますます発展し中心である社会が情報化社会であろう．情報化社会の先ていくものと考えられる．このバーチャルな世界は，瞬は，ICT を基盤として，国際レベルでの文化の交流を中

時的，全世界的なものであり，特に，情報量が極めて大心とする情報文化社会が予想できる［22］．

きく，目に見えず，情報に依存する社会のため，リアル

ICT は文明の代表であり，それは人間の知恵，技術がな社会でのフェイス・トゥ・フェイスでの相互信頼性の進歩し，生活が便利で快適になる面に重点を置いている．

確認等，情報の信頼性の確認が必ずしも的確に行えず，

これに対し，文化は，民族や社会の規範・習慣・風習・

自己での正確な判断ができないという危険性を含んでい

伝統・思考方法・価値観の総称である．ハーバード大学

る．

ケネディスクール学長であるジョセフ・ナイ教授は，こ

信頼性の基盤をもった ICT 社会を構築していくため

れからは，ソフトパワーが重要だと説く［23］．ハードパには，生活の視点から見れば，リアルな世界と同等の感ワーが，強制力によって相手を押さえつける力であるの覚で利用・生活できる，サイバーネット空間を構築するに対し，ソフトパワーは，魅力によって相手を惹きつけことが必要になる．

る力である．ジャーナリストのダグラス・マッグレイ氏

特に，膨大な情報から，個人が一方的な判断が行われは， 米 国 の 外 交 関 連 誌「FOREIGN POLICY」 に，ないように，膨大な情報を集約し，大切な情報だけを伝“Japan’s Gross National Cool” という概念を提唱した．

え，更に，不要な情報を排除できるように，ネットワー

GNC（Gross National Cool）とは，国力の指標として以ク上での生活が，人間的な速度で行えるように，サイ

前から使われている GNP（Gross National Products）に

バーネット社会との融合を念頭においた情報信頼性基盤

代え，国の総合的な格好良さを指標としてみてはどうか，を構築することが必要である．

という考え方である［24］．
日本クールの実例として映画，キャラクタ，ゲーム，の情報がネットワーク側に蓄えられ，利用されることか

J ポップなど様々なケースが挙げられる．このようなら，「安全性」への対応を図るための技術の確立だけでな

アート系のみならず，食文化（酒・醤油・寿司・豆腐・く，ネットワークや情報との責任分担論の確立，認証制

弁当など），衣食住文化（障子・畳・布団・盆栽など），度の検討，個人情報保護，著作権対応，などの個別の政精神文化（柔道・相撲・禅・茶の湯・武士道・生け花など），

策的課題の対応，更に，リアルな世界が法によって一定

環境文化（温泉・黒潮・津波など）の生活文化においても，の秩序が保たれているように，サイバーネット社会にも日本文化が世界で享受されていることは周知のとおりで全世界的レベルで適用可能な，民法，刑法等を含む法のある．

解説論文：ICT 社会のガバナンス

113

小特集❷

その実現のためには，サイバーネット社会でのすべて

技術だけでは世界は回らない．GNC を極大化するこには，我が国の人口は 7,000 万になるという予測もある．

とが，ICT の国際競争力の強化につながる．そのため科一方世界人類が抱える問題には，人口・食料・エネル

学技術に裏打ちされた商品・サービスの研究開発，それ

ギー・環境・教育（エイズ，戦争，なども含まれる）があを育む文化力を総合して ICT の国際競争力を強化する

る．ICT から何で世界に貢献できるかを考えることが重戦略が必要となっている．それには，伝統や芸術文化を要なのではないだろうか．その際，2050 年での日本の基盤とし，その上に科学技術により付加価値化を行い，立ち位置を，近隣アジア諸国などとの関係から見極める

情報文化を積極的に世界に発信することを通じて，国際必要があろう．その上で，人・物・資源も乏しい日本が，的な ICT 産業競争力，国家ブランド力を総合的に向上

文化と技術の部分で世界に存在感があり，頼りにされる，させることができないだろうか．日本映画，マンガ・ア

尊敬される国になっていくためには ICT の果たすべきニメ，現代美術，建築，環境対策，ファッション，食文

役割は何であろうか．

化，J ポップ，キャラクタ，ゲーム，ディジタル技術，

ICT の取組みとして，「Japan Cool」をキャッチフレー

ディジタル光通信，モバイル機器など，世界レベルで勝

ズにし，クールで格好良いイメージを世界に対して売り負できる情報文化・情報通信技術は多い．

出すことが ICT 復権のかぎとなることを提案したい．

4.2 ICT と社会の連携

伝統的・民俗的な文化を振興するにとどまらず，むしろ社会産官学連携による総合戦略について，世界最大のその文化基盤の上に最先端科学技術により積極的に付加

ディジタル家電市（CES：Consumer Electronics Show）

価値を付けていくことが望まれる．科学技術に裏打ちさを例として述べる．

れた現代情報文化を戦略的に PR することが効果的であCES では，消費者の立場から ICT を商品，サービスる．

として具現化し，広く世界に提供することに徹している．

5.2 ICT ガバナンス政策の提案

映像 PC，液晶や PDP ディジタルテレビ，インタラク

ICT 社会のガバナンスのエンジンとして「ICT ガバナティブや 3D テレビ，映像 DVD，PDA，次世代携帯，ンスフォーラム」の設立を提起する．それを核とした世携帯コンテンツ，カーナビ，カーマルチメディア，ディ

界初・日本発の ICT 施策を提案したい．

ジタルシネマ，DLP ホームシアタなど，ディジタル家

ICT 社会のガバナンス政策を推進するには，単に，技電関連産業市場の形成とその世界展開という姿勢が強く術的課題だけではなく，社会・文化の影響等を念頭に置現れている．

きつつ，新たな研究への取組みを行うとともに，これま主催国の米国は，15 万人の来場により，ラスベガス
観光・娯楽はもとより，販売・流通・提携などのビジネ

での延長線でない形での制度的な課題等，広範な視点で種々の課題に取り組むことが必要である．

スの実践と，ICT で世界をリードするという戦略的情報

ガバナンスとは，社会・文化の規範・慣習，法制度，発信を講じた。その経済効果は極めて大きく，CES で市場，技術の 4 輪をうまく連動させる原動力である．その取引総額は 1 兆円を下ることはないだろうと見られてれを駆動するエンジンが「ICT ガバナンスフォーラムいる．放送事業者は，CES の模様を連日報道し，時に（仮称）」であり，政策，工学，ビジネス，法学，社会学

は ICT ベンチャー企業へのインタビューを交え，投資等の英知を集結して技術と社会の調和を図り，ICT 革新家に対する ICT 市場レポートという徹底した情報経済を経済発展の原動力として，分野と専門を超えた新たな戦略をとっている．

連携や仕組みとしての ICT 社会を実現しようとするも我が国が最も得意とする白物ディジタル家電，アニメ・のである．

マンガコンテンツ，カーマルチメディア，モバイル家電，

社会，知財，コンテンツ，政策，研究，ビジネスといディジタルインフラ，自然や省エネなど環境関連産業，

うものをうまく機動させることが必要であり，そのため衣食住の文化や様式などを総合させ，科学技術，産業，には，種々の異分野の学が核となって，政策分野，ビジ社会文化が連携した情報力の強化を図ることが必要であネス分野等々と有機的に融合・連携する形で推進するこる．これを情報文化力（Information Soft Power）と呼ぶ．

とが必要であり，それを駆動するエンジンとして，「ICT

社会と産官学連携によって，総合的な国際情報発信を強ガバナンスフォーラム」を，工学系だけでなく，幅広い化することが必要である．

面々の英知を集めて作るべきではないだろうか．
5.3 ICT 政策課題

5．ICT 社会の政策課題

これまで述べた課題について，社会への影響，新たな研究への取組み，新たな制度による枠組みの政策課題を

5.1 e-Japan，u-Japan から c-Japan へ

リストとしてまとめ，表 1 に示す．

日本は出生率が 1.25 となり，先進諸国の中でも最も（ 1 ） 次世代 ICT 政策

早く超少子高齢化社会を迎えようとしている．2050 年

114

情報量爆発問題（速度，容量，遅延，エネルギー）を解

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

社会への影響○技術と市場解説論文

表1

ICT 政策課題リスト
新たな研究への取組み

・情報の量の爆発的増加 ・ICT メタデータ流通プラットフォーム整備・知識サービス産業，知 ・メタデータアライアンス
的 情 報 産 業 へ の シ フ ・情報量爆発問題に対応できる技術の開発
ト傾向

新たな制度による枠組み
・知的財産権侵害問題
・ディジタル著作権問題
・ディジタル権利のライフサイクル管理
・流通秩序や制度設計○情報信頼性基盤
・ロボットやセンサなど，・情報の真贋鑑定の困難性
・情報信頼性の義務と責任に関する社会（量から質へのパラダイ ネットにつながる端末 ・信頼のコミュニケーションモデル
規範，法制度，公共政策
ムシフト）
がけた違いに爆発
・情報の収集，信頼性の分析と評価
・情報トラストマーク（リアルスペースとサイ ・個人情報漏えい，ネッ ・信頼関係の形成，伝達，確認のメカニズム ・社会の規範，法制度，技術，市場
バースペース）
ト詐欺問題に対する不 ・ネットワーク上におけるフェイス・トゥ・ ・サイバースペース法安
フェイスの情報交換○技術と社会の調和政策 ・脱 ICT 社 会， ポ ス ト ・サイバーイノベーションインフラの整備○技術と文化の共創社会
ICT 社会・情報文化力の計量学
・技術と文化の相互作用メカニズムの解明
・文化遺産から産業資産アーカイブの構築

決するとともに，円滑な ICT ソリューション
（ハードウェ

・新たな社会産学連携の枠組みによる知流革命の推進・情報文化力戦略の提言と情報文化法
制度の構築

うまく連携させる仕組みの実現を図る．

ア，ソフトウェア，コンテンツ，サービス）を実現する．

4 輪の円滑な連携を図るため，サイバーイノベーショ

情報量爆発問題に対応するための技術開発に取り組む

ンインフラの整備を図るとともに，情報文化力の計量学，とともに，認証，課金，権利保護などを円滑に行うため技術と文化の相互作用メカニズムの解明等の実現を図の ICT メタデータ流通プラットフォーム整備，メタる．更に，実装モデルとして，文化遺産から産業資産アー

データアライアンスの実現を図る．

カイブの構築を図る．

新たな知的情報の流通秩序の形成に向けて，コンテン

新たな社会産学連携の枠組みによる知流革命の推進にツの円滑な流通等を図るための，知的財産権侵害問題，

向けて，情報文化力戦略の提言と情報文化法制度の構築

ディジタル著作権問題，ディジタル権利のライフサイクへの対応を図る．

ル管理への制度的対応を図るとともに，コンテンツの流

これらの ICT 政策課題に対する研究アプローチ・手通秩序や制度設計のための対応を図る．

法については，上述したように，単に，技術的課題だけ（ 2 ） 情報信頼性基盤政策

ではなく，社会・文化の影響等を念頭に置きつつ，新た情報の量から質へのパラダイムシフトに的確に対応すな研究への取組みを行うとともに，これまでの延長線でるため，電子商取引（物販・サービス），ディジタル商取ない形での制度的な課題等，広範な視点で種々の課題に引（情報財）等の市場活性化を図るとともに，サイバース

取り組むことが必要となる．

ペースでのネット利用も想定した種々の影の課題（個人
情報漏えい，ネット詐欺問題等）に的確に対応するための情報信頼性基盤の確立を実現する．
情報の真贋鑑定の困難性への対応を図るため，信頼のそのためには，例えば，検討すべき ICT システムを抽出し，① システムのモデルの検討・提案②

個々の要素技術の実現のタイミング，更には実現

コミュニケーションモデルの策定，情報の収集・信頼性時期を設定し，その実現時期とシステムの普及とのの分析メカニズムとその評価手法，信頼関係の形成・伝関係の分析，システム実現による社会的・経済的影

達・確認のメカニズム等の実現を図る．更に，サイバー

響の分析・評価

ネット社会との連携を図るための，ネットワーク上におけるフェイス・トゥ・フェイスの情報交換技術の実現を図る．

③

システム実現のための制度的対応すべき課題とそれらが与える影響の分析・評価

を多角的に実施し，情報通信政策として行うべき制度設
計等の ICT 政策論の研究を行うことが考えられよう．

義務と責任に関する社会規範，法制度，公共政策の設計場合によっては，その成果を政策の遂行にも活用しつつを図るとともに，サーバネット社会を想定した全世界的検証することも含めた対応も必要である．特に重要なのレベルで適用可能な，民法，刑法等を含む法体系（サイは，どのような視点でモデルを策定するかである．例え

バースペース法）への対応を図る．

ば，ネットワークやサービスは，多種・様々な端末，（ 3 ） 技術と文化の共創社会政策

ネットワークから様々なサービスを利用することになる

ICT による技術と社会・文化との調和，共創に向けて，ため，サービス提供の責任主体も多様化し，責任の切分

社会・文化の規範・慣習，法制度，市場，技術の 4 輪をけは複雑化する．そのため，単に従来のユーザと電気通解説論文：ICT 社会のガバナンス

115

小特集❷

円滑な情報信頼性基盤を実現するため，情報信頼性の信事業者との間の責任分界点だけではなく，電気通信事業者同士の様々な機能ごとに責任の分界点が発生し，責任の切分けは複雑化してくるものと考えられる．そのため，その確保を図るための政策としては，技術基準による責任の分界点の設定といった単なる技術的対応だけではなく，利用者等の消費者保護的な視点での制度設計，
社会・文化に基づく模範・慣習ルール作り等を組み合わせた総合的な対応が必要であり，それぞれの施策をいかにしてバランスをとって設計していくかがかぎになる．
その意味で，これらの状況を踏まえた，いわば「責任モデル」を策定することが，今後の ICT 政策論の重要な視点になるものと考えられよう．

の実態，調査報告書，2005.
［10］（財）マルチメディア振興センター，モバイルコンテンツ産
業構造実態に関する調査研究，報告書，March 2005.
［11］ 安田 浩，安原隆一（監修），曽根原登，ほか（著），コンテン
ツ流通教科書，アスキー出版，2003.
［12］ 東倉洋一，曽根原登，ほか，情報セキュリティと法制度，
丸善ライブラリー，2005.
［13］ 総務省，平成 18 年度版 情報通信白書，2006.
［14］ 渡辺克也， ロボットがネットワークにつながって僕たちの生活に飛び出てくる， ATR/ATR J., no.49, pp.2 ─ 3, April

2003.

［15］ 渡辺克也， ユビキタスネットワーク， 日本学術振興会
2002 年度インターネット技術第 163 委員会シンポジウム

2003.3.11.

［16］ 渡辺克也，ブロードバンド列島の近未来，日刊工業新聞社／
情報戦略フォーラム 2002，Dec. 2002.
［17］ 渡辺克也，ユビキタスネットワーク技術の将来展望と政策展開，電子情報技術産業協会／ディジタル家電フォーラム

2002, Sept. 2002.

市場，社会，文化の連携のあり方を ICT 社会のガバナン［18］ 林紘一郎（編著），曽根原登，ほか（著），著作権の法と経済学，
勁草書房，2004.
［19］ 曽根原登（編著），メタデータ技術とセマンティックウエブ，
東京電機大学出版，2006.
［20］ 曽根原登，ほか，招待講演「メタデータ流通基盤」，電子情報通信学会 IN 研究会，Nov. 2005.
［21］ Forrester Research，Inc.，2001.
［22］ 東倉洋一（監修），曽根原登，ほか（著），未来をさがそう，
ダイヤモンド社，2006.
［23］ J.S. Nye, Jr., “ The changing nature of world power, ”

スとして提案した．その実現のエンジンとして「ICT ガ［24］ D. McGray, Japan’s Gross National Cool, Foreign Policy.

6．む

す

び

理想の ICT 社会の実現には，技術と市場メカニズムとの関係だけにとどまらず，社会や文化との連携が不可
欠となる．自由と平等，そして安全に知的情報が流通する社会を知流社会ととらえ，その実現に向けて，技術，

バナンスフォーラム」の設立を提起した．具体的政策課
題について，社会への影響，新たな研究への取組み，新
たな制度による枠組みについて提案した．文化と技術において，世界に存在感があり，頼りにされ，尊敬される
ICT 社会を先進諸国に先駆けて実現したいものである．
謝辞

情報学サロンでは，技術，市場，社会，文化の連携のあり方について議論してきた．情報学サロンは，Cool &Culture の視点から c-Japan 宣言を策定し，c-Japan シンポ
ジウムでその内容を公開してきた．本論文は，情報学サロンのメンバである，長尾真，坂内正夫，東倉洋一，青山友紀，
榎並和雅，安田浩，久保田啓一，辻ゆかり，廣瀬弥生のメン
バ各位の議論に基づくところが多い．ここに深く感謝したい．
文

Political Science Quarterly 105, Summer 1990.

（平成 19 年 4 月 3 日受付，6 月 13 日再受付）

渡辺 克也（正員）▶昭 59 慶大・工・電気卒．同年，郵政省入省．以後，電気通信技術政策の企画，立案，推進に従事．その間，高度道路交通システム（ITS），新世代移動通信システム，ユビ
キタスネットワーク等の新たな情報通信システム実現のための技術政策の企画・推進等を担当．平 15 〜 17 独立行政法人通信総合研究所（現，独立行政法人情報通信研
究機構）出向．平 17 総務省総合通信基盤局電気通信技術システム課長．平 18 より国立情報学研究所客員教授．

献［1］ 渡辺克也， e-Japan 構想に見るユビキタスネットワーク社
会， 電子情報通信学会第 16 回光通信システムシンポジウ
ム，Dec. 2002.
［2］ 総務省，ブロードバンドサービス等の契約数（平成 18 年 12月末）
，報道発表資料，March 2007.
［3］ 日本工学アカデミー，日本学術会議（編），安田 浩，辻井重雄，曽根原登，ほか（著），2010 年コンテンツ産業に必要な 8 つの要件 d-commerce 宣言，アスキー出版，2004.
［4］ 曽根原登，新井紀子，ほか，ディジタルが変える放送と教育，
丸善ライブラリー，2005.
［5］ 総務省，我が国のインターネットにおけるトラヒックの集計・試算，報道発表資料，Feb. 2007.
［6］ 画像電子学会（編），曽根原登（編著），ディジタル情報流通システム，東京電機大学出版，2005.
［7］ 廣田啓一，曽根原登， コンテンツ流通における不正利用防止技術， 信学誌，vol.88, no.10, pp.823 ─ 828, Oct. 2005.
［8］ 廣田啓一，曽根原登， ディジタル映像流通に関わる著作権保護の今後の展望， 映情学誌，vol.59, no.12, pp.1786 ─

曽根原 登（正員）▶昭 53 信州大学大学院修士課程了．同年，
日本電信電話公社（現，NTT）入社．以後，
ファクシミリ，画像処理，神経回路網シス
テム，コンテンツ ID，コンテンツ流通シス
テム等の研究開発に従事．その間，昭 63〜平 4 国際電気通信基礎研究所（ATR）出向．復帰後，NTT サイバーソリューション
研究所メディア生成部長，NTT サイバーソ
リューション研究所コンテンツ流通プロジェクトマネージャ主席
研究員．平 11 〜 15 東京工業大学客員教授．平 16 より国立情報学研究所教授，国立大学法人総合研究大学院大学教授兼務．平 18より国立情報学研究所情報社会相関研究系研究主幹．工博．

1791, 2005.

［9］ 総務省情報通信政策所，メディア・ソフトの政策及び流通

116

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❷

放送通信融合とマルチメディア技術
解説論文

解説論文

放送・通信連携の海外動向

─各業界の動きから見える現在，未来の課題と可能性─
World Trend of Collaborating Services of Broadcasting and Communications
─The Subject and Expectation of the Present and the Future，
which are Visible from an Activity of Each Industry ─

石川清彦

†

Kiyohiko Ishikawa†

Summary

2000 万件に上っている．文字どおり放送を通信と融合させるのに十分な状況となった［1］．このことは国内に限ったものではなく，国際的な潮流となっている．例え2006 年，日本はほぼ全国で地上デジタル放送の視聴をば，2006 年 9 月時点で世界 25 か国において，地上デジ可能にした．デジタル放送は，ハイビジョン番組のほかに，

タル放送が既に開始されており，2015 年には，ほとん

ニュース・天気予報などをデータ放送として，いつでも視聴できるだけでなく，通信ネットワークとの高い親和性により，放送・通信相互の連携サービスや双方向サービスを可能とした．現在では，更に高度な放送・通信連携サービスを実現するため，次世代の放送技術に関する検討もまた世界中で始まっている．一方，高性能・高機能化した携帯

どすべての国においてデジタル放送への移行が完了するといわれている［2］．一方，全世界のインターネット利
用者は，10 億人に迫る勢いともいわれ［3］，これらの利用者に対して，放送事業者に限らず多くのコンテンツプ
ロバイダが，映像配信サービスを既に行っている．

端末は，通信を利用したマルチメディアコンテンツサービ

また，携帯端末の高性能・高機能化により，通信を利スのための端末であると同時に，放送型サービスの受信端用したマルチメディアコンテンツのサービスも開始され末として期待されている．携帯向け放送型サービスの技術
開発や標準化は，IPTV などと同様に国際的に進められており，
一部サービスも開始されている．
このような背景のもと，放送コンテンツを通信で利用するだけでなく，世界中でIPTV のように通信による放送を可能とする現状は，真の意
味での放送通信の融合・連携サービスのスタートである．

ている．それに続くサービスとして，携帯端末向け放送
型サービスが期待されており，実現のための技術開発や標準化も国際的に進められている．こういった背景のもと，本論文では，海外の放送通信連携サービスの動向，
現在の課題，今後の可能性について述べる．

Key words

2．世界の放送・通信連携サービス

デジタル放送，IPTV，DRM，コンテンツ，双方向サービス

本章では，地上デジタル放送とそれに伴う，各国での放送・通信連携サービスの現状を紹介する．

1．ま え が き
日本国内では 2000 年 12 月の衛星デジタル放送，2003の融合，連携による様々なサービスに対する期待が膨らんでいる．国内でデジタル放送を視聴可能な世帯数は3000 万世帯を超え，ブロードバンド回線契約数もまた†日本放送協会放送技術研究所，東京都
N HK（Japan Broadcasting Corporation）Science & TechnicalResearch Laboratories, Tokyo, 157-8510 Japan

解説論文：放送・通信連携の海外動向

従来の放送には，地上放送と衛星放送があるが，地上アナログ放送の多くの送信ネットワークをディジタルに変更しなければいけないという意味では，地上放送のディジタルへの移行は，衛星放送に比べて，その作業量において大きなインパクトをもつ．そのため，衛星放送
以上に，各地域に合った放送方式が，これまでに検討されてきた．ここでは，地上デジタル放送の現状を紹介するとともに各方式の特徴を簡単に述べる．
地 上 デ ジ タ ル 放 送 の 放 送 方 式 は， ヨ ー ロ ッ パ の

117

小特集❷

年 12 月の地上デジタル放送の開始により，放送・通信

2.1 世界の地上デジタル放送サービス

DVB-T（Digital Video Broadcasting-Terrestrial）， 日

ある．まさに，通信との連携サービスならではといえる．

本の ISDB-T（Integrated Services Digital Broadcasting-

CBS は，Yahoo と提携し，報道番組「60 minutes」を拡Terrestrial），アメリカの ATSC（Advanced Television

張したプレミアム番組をインターネット上で配信サービ

System Committee）が，実用化されている．DVB-T とスしている．

ISDB-T は， 伝 送 方 式 に マ ル チ キ ャ リ ヤ の OFDM

更 に，CBS は， ネ ッ ト ワ ー ク 映 像 配 信 ユ ニ ッ ト（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式をSlingbox を 販 売 し て い る Sling media に，Clip+Sling

採 用 し，ATSC は， シ ン グ ル キ ャ リ ヤ の 8 値 VSBというサービスを提供することを検討している．この（Vestigial Sideband）を採用している．移動体向けには，サービスは，スポーツなどの番組クリップを配信し，マルチパスに強い OFDM が適しているとされる［4］．

Sling media を使うことによってユーザは，ダイジェス

DVB-T は，移動体受信を想定していないが，ISDB-T

ト視聴するためのクリップを選択することなどを可能とでは，携帯端末向け専用のワンセグ放送も規定されておするもので，友人などとクリップを共有することもでき

り，より移動体向けを重視した方式といえる．

る．

一方，ATSC には，他の方式に比べて，周辺ビルな

一方，通信会社大手の Verizon や at&t などは，IP を

どからのマルチパスがなければ，多少弱い電力の電波で利用したサービスを開始している．これらの通信会社は，も受信できるメリットがある．

ケーブルテレビに対抗して，地上放送の再送信や人気番

また，地上デジタル放送は，放送サービス内容により，
大きく 3 種類に分けられる．アナログ放送と同じ内容を組の VOD サービスと，インターネット接続・固定・携
帯電話を合わせたサービスも提供している．

デジタル放送とするだけのサイマル放送型，ヨーロッパ

放送事業者は，現状のサービスに加えて，インターで主流の多チャネル放送型，日本やオーストラリアのネットの普及に伴う，視聴者のテレビ離れに対し，コン

HDTV 放送型である．ほぼ国ごとの傾向がある一方で，テンツプロバイダとして，テレビ以外の端末でも，収入

アメリカのように，これらの型の混在する国もある．放を得るため，インターネットを利用した新たなサービス

送内容に関しては，各国の事情により異なり，放送方式も検討している．

の違いもこのあたりからきているケースもある．

また，アメリカでは，IPTV の独自サービスがケーブ

放送方式，放送内容は，各国異なるが，デジタル放送

ルテレビ，ISP（Internet Service Provider）などから提の開始により，放送・通信連携サービスという点では，案されている．IPTV 独自サービスは，受信端末となる

何らかのアプローチが各国で進んでいる．次節では，国専用 STB（Set Top Box）を利用している．ここでは，別に代表的な例を挙げる．

CES 2007 での展示を例に各種 IPTV サービスを紹介す

2.2 アメリカの放送・通信連携サービス

る．STB を製造する Motorola は，既にサービスを行っ

アメリカの放送事業者は，連邦逓信委員会（FCC：ている Microsoft TV を紹介，Microsoft は，次世代サー

Federal Communications Commission）に与えられた周

ビ ス の Windows VISTA Media Center を PVR

波数帯域をどんなサービスにも利用できることになって（Personal Video Recorder）
機能をもつ PC にて紹介している．そのため，現在，多チャネル放送型のサービスをいる．図 1 は，Microsoft TV の番組ガイド画面，図 2 は，行っている放送局が，全体の約半数ある．その一方で，Microsoft のデモ用 PVR である．TiVo は，図 3 に示す

全米ネットワークをもつ放送局の一部は，プライムタイ

MPEG2 HD 用の PVR を展示しており，まもなくサームの放送番組を HDTV で，放送系列局に配信しているビスが開始される．また，TiVo では両親が選んだコン［2］．

テンツのみ視聴可能とする TiVo Kids というサービス

全米ネットワークをもつ放送局の HDTV サービスにもあり，子供に配慮したサービスをセールスポイントとより，その認知度は高まり，徐々に，HDTV の放送が，している．Microsoft や TiVo に限ったものではないが，

増 加 す る こ と が 期 待 さ れ る． 事 実，2007 年 の CES

個人のビデオや，写真をインターネットにより，それぞ（Consumer Electronics Show）［5］
では，HD コンテンツ

れの Web サイトにアップロードした後，知人に E-メー

に関する技術展示のほか，スポーツ専門局の HD 放送にルで暗証コードを知らせることにより，IPTV ネット経関する展示も見られた．

由で STB にダウンロードして視聴するサービスを検討

また，ABC，NBC，CBS の全米ネットワークを擁すしている．

る放送局は，メインニュース番組の通信でのサイマル

更に，リアルプレーヤの提供元であり，ラプソディとキャストによる無料提供や，放送終了後にオンデマンド

いうサービスを行っているリアルネットワーク社は，ラで視聴できるサービスを既に開始している．放送終了直

プソディ上での新しい VOD サービスを検討している．

後からのオンデマンドサービスは，番組を見逃した視聴

ユーザは，定額（約 50 ドル）でコンテンツをラプソディ

者が，再放送を待たずに，視聴できる便利なサービスでサービスでダウンロードして利用できる．ユーザが E-

118

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

図1

Microsoft テレビ番組ガイド（CES 2007 Motorola の展示から）たものである．CES2007 では，同様なサービスが，このほかにも各社から展示されている．
このように，アメリカでは，放送事業者からも通信事業者からも双方の事業に乗り出している状況に加えて，
リアルネットワークのようなコンテンツサービスプロバ
イダが，放送と通信の融合を加速している．
2.3 ヨーロッパの放送通信・連携サービス
ヨーロッパでは，国により状況は異なるが，全般的には，通信事業者による大規模な IPTV サービスが展開されつつある．ケーブルテレビの加入世帯が，3600 万
図2Vista Media CenterPVR デモ機（CES 2007 Microsoftの展示から）

世帯のうち 90％［4］を超えるとされるドイツでは，放送のディジタル化よりも通信事業者の IPTV への参入に
よ る デ ィ ジ タ ル 化 が 話 題 に な っ て い る．Deutsche
Telekom は，IPTV に 関 し て Microsoft と 提 携 し，Microsoft の IPTV プ ラ ッ ト フ ォ ー ム「Microsoft TV
IPTV Edition」を用いて，ドイツ国内のサービス利用者にインタラクティブサービスを含む各種ディジタルテレ
ビコンテンツをサービスしている．2010 年の加入者数
を 150 万人と予測している［6］．
逆に，ケーブルテレビの普及率が比較的低いイタリア
でも，新興の通信会社 FastWeb が，IP による電話，イ
ンターネット，IPTV のトリプルプレイサービスを実用化している．現在，加入者数は 100 万を超えるといわれて い る． ヨ ー ロ ッ パ 最 大 の IPTV 市 場 と も い わ れ，

図3

TiVo HD PVR デモ機（CES 2007 TiVo の展示から）France Telecom をはじめ，複数の事業者がサービスを開始しているフランスは，IPTV の契約者数は，約 200

メールで，友人などに暗証コードを送ることで，共有す

このように，旧国営通信事業者を含む，ヨーロッパのるコンテンツを無料で指定することができ，共有したコ

通信事業者は，自国内あるいは海外でもブロードバンド

ンテンツは，それぞれの人が 1 か月間 25 回まで，無料

サービスを実施し，既に，IPTV サービスへの拡張をしで視聴することができるとのことである．25 回は，著ている事業者もいる．旧国営通信事業者は，いずれも作権者との合意によりリアルネットワークが独自に決め1980 〜 1990 年代にかけて，EU の電気通信分野におけ

解説論文：放送・通信連携の海外動向

119

小特集❷

万人といわれている．

る規制緩和・新規参入政策に基づいて，自社のケーブルのケーブルテレビ加入者，5,000 万人のインターネット

テレビ事業を分離されている．これらの民営化された加入者がいる．ケーブルテレビは，通常のデジタル放送

ケーブルテレビ部門では，ディジタル化が遅々として進サービスに加えて，双方向サービスも HFC（Hybrid

んでいないが，大手通信事業者は，IP によるディジタル

Fiber Coax）と LAN 若しくは，専用ケーブルモデムに化を導入している．ケーブルテレビ事業を切り離されたより実施されている．ケーブルテレビのサービス内容は，ことにより，ヨーロッパの通信事業者は，IPTV サービ

テレビ放送，ニア VOD，データ放送，ブラウザサービス，スを独自に展開している．

双方向サービスとして VOD，タイムシフトサービス，

そんな中で，ヨーロッパの放送事業者として，IP へ

Web サービスがある．今後の技術的な課題として，コの事業展開に積極的であるのが，イギリスの BBC であン テ ン ツ の ア ク セ ス 制 御，EPG（Electric Program

る．現在，BBC は，8 テレビサービス，11 ラジオサー

Guide） の 統 合，DRM（Digital Rights Management），

ビスに加えてオンラインサービスや双方向サービスを

ケーブルテレビ事業者間の相互運用性，サービスの拡張行っており，地上，衛星デジタル放送ともに同規模のサー性の向上を挙げている．

ビスを行っている．イギリス国内のデジタル放送は，また，IPTV も通信事業者によって，27 万人の加入

2006 年 3 月末で全世帯の 72.5％に普及しており，各受者によりサービスが開始されており，ほぼケーブルテレ

信機別では，地上デジタル放送 710 万世帯（39％），衛星

ビと同様のサービスが提供されている．サービスの差別

デジタル放送 770 万世帯（42％），デジタルケーブル 280

化や技術的な完成度など，まだ，中国での課題は多い．

万世帯（15％）と現状は地上と衛星デジタル放送の受信世

日本では，IPTV フォーラム［8］において，通信事業者，帯数はほぼ同数である［2］．今後は，地上デジタル放送

放送事業者，家電メーカがメンバとなって，NGN（Next

受信世帯の増加が予想される．更に，BBC は，デジタ

Generation Network）［9］の利用も見越した IPTV 対応

ル放送による様々な新サービスを検討するだけでなく，受信機仕様を検討している．サービス内容には，独自 IP

インターネットを利用した VOD サービスを開発してい放送，VOD，ダウンロードサービスなどを想定しており，

る．

2008 年から一部サービス開始を目指している．今後のBBC のインターネットサービスは，放送事業者による本格的サービスの一つであり，技術的にも興味深い仕様を含んでおり，3. で詳細を述べる．

コンテンツ流通における IPTV の発展が期待される．
本章で紹介してきた放送・通信融合サービスを無料で提供するのか，それとも追加のサービスとして有料にす

2.4 アジアの放送・通信連携サービス

るのかは，放送事業者の理念や戦略によって判断が異な

アジアもヨーロッパ同様に国の状況により，サービスるため，各国，各事業者により，その対応は分かれてい内容などは異なる．韓国は，インターネット普及先進国

る．

ら し く 1999 年 に 商 業 放 送 の SBS に 続 き 公 共 放 送 の
KBS や MBC，EBS といったすべての地上放送事業者が3．放送事業者によるインターネットサービス

インターネット放送を開始している．これらのインター
ネットサービスは 3 種類に分けられる．

世界中で，多くの放送事業者が VOD サービスを開始

自社サイトでの有料・無料のニュースなど個別番していることを述べてきた．ここでは，中でも多くのコ組視聴や，地上チャネルのサイマルキャスティング

ンテンツをもち，既に世界中に情報発信している放送局

II. 関連会社による運営の自社サイトからポータルサ

であるにもかかわらず，インターネット配信に積極的な

I.

イトの有料 VOD 視聴
III. VOD でダウンロードした後に携帯端末で視聴
このように，地上放送事業者の自社サイトで，放送
チャネルのサイマルキャストのサービスが会員登録者に対して実施されている．

BBC を例に，サービス，配信技術の具体的な内容を紹介する．
3.1 BBC の VOD サービス
BBC は，現在，世界で最も大規模な公共放送である．
前章で述べたようにディジタルの新技術を応用したサーまた，デジタル放送において独自の方式をもたない韓ビス開発に努め，公共サービスとして提供することを明国では，TVSTORM のようにあらゆる方式のミドル言している．新技術を応用したサービスは，iPlayer［10］ウェアをプラットフォームとして提供し，IPTV の普及

サービスと呼ばれる．iPlayer サービスは，イギリス国に貢献しているような企業［7］もあり，今後 IPTV サー

内限定で，受信許可料を還元するための 公共サービス

ビスも増加すると考えられる．

として位置づけられている．配信されるコンテンツは，

中国の広播科学研究院（ABS：Academy of Broad-

権利処理が済んだものに限られる．また，テレビ放送番

casting Science）によると，中国では，2006 年時点で，組のストリーミング配信も実施している．これらのコン

3,000 社以上のケーブルテレビ事業者と 1 億 2,600 万人

テ ン ツ 保 護 や 利 用 制 限 な ど に は，kontiki［11］ や

120

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

受けられるように，国内のテレビ，インターネット，モ

iPlayer サービスには，自宅のパソコン（PC）で放送後バイル端末など，すべてのプラットフォームに普遍性を

1 週間に限り，見逃したテレビ番組を無料視聴できるキャッ

もたせるべく，新しい技術を投入する」という課題が掲

チアップテレビサービスと，ニュースやドキュメンタリ，

げられている．

自然科学の番組をダウンロードして編集素材として利用

これらのサービスを無料とするか有料とするかに関しできるサービスなどがある［10］．図 4 は，キャッチアッ

ては，サービス立上げの初期段階で決定する方針とのこ

プテレビの番組ガイド画面の例である．ここには，前日とである．

放送されたテレビ番組の放送時間，ジャンル，チャネル

3.2 iPlayer 本サービスに向けてが表示されている．興味深いのは，ユーザのレイティン

BBC は，5,000 人を対象として，2005 年 11 月〜 2006

グが星印によって表示されることである．ユーザの視聴

年 2 月に試験サービス実施している．図 5 は，そのサー意欲を高めるのにユーザのレイティングを利用するあた

ビス概要である．番組放送後 7 日間の見逃し無料期間中

りは，インターネットサービスの特徴を生かしている．

にダウンロードしたファイルは，利用者の PC で 13 週

ユーザは，このガイド画面から番組をダウンロードして間後までオープン可能で，オープン後 7 日間の視聴を可

視聴することになる．この仕組みは，ほぼ実運用できる能とする．ファイルは，kontiki の DRM 技術によりオー状態にあり，実際に昨年のワールドカップドイツ大会でプン後 7 日間で消滅するという視聴制限を加えることで，は，BBC が放送権をもつ 35 試合についてテレビ放送とコンテンツを保護している．

同時にサービスを行っている．

解説論文

Microsoft の DRM 技術［12］を利用している．

BBC は，この iPlayer の試験サービスの実施によるBBC は，iPlayer サ ー ビ ス の ラ イ バ ル を Google や評価結果を次のように公表している．サービス利用者・Yahoo と位置づけてサービスを推進しており，インター

著作権の権利者団体とも反応は良好で，ファイルの違法

ネットサービスを新しい原動力として，政策課題に位置

ダウンロードなどのトラブルもなく高い評価を得ていづけるほど，熱心な活動を行っている．BBC は，VODる．また，著作権の観点で，映画，スポーツ，写真や美サービスに 1 億 5,000 万ポンド（約 300 億円）投資を行術を多用したドキュメンタリなどの提供は困難であるとい，Microsoft とディジタルコンテンツ配信で戦略を共の見方が強いことも公表している．視聴者は，PC にダ有するなどしている．また，政府から デジタル UK を

ウンロードした番組のうち，実際には約半分しか視聴し達成するためデジタル放送の普及に向けて大きな役割をないことも判明した．また，今回のサービスのように果たすように，「だれでも，どこでも BBC のサービスを

ファイルオープン後の 7 日間を視聴可能とする制限につ

小特集❷

図4

キャッチアップテレビの番組ガイド画面（http://www.bbc.co.uk/）

解説論文：放送・通信連携の海外動向

121

放送

表1

BBC iPlayrer
13 週

番

7 日間

有料

組

無料

ダウンロードダウンロード可能PC

図5

商業ベースの番組展開

ファイルオープン可能

iPlayer サービスの権利に関する現状

権利所有者

許諾状況

作曲家
実演家
脚本家
文芸作品権利所有者

本サービスの「7 日間を超える延長視聴」も公共サービスの定義でカバーする．
音楽は，DRM 付きダウンロードは許可する．

楽曲権利所有者( レコード会社 )本サービスでの許諾は得られていない．

出演者

2007 年 7 月以降の許諾は得られていない．

7 日間

オープン 視聴可能

BBC iPlayer の試験サービス概要

3.3 番組の権利処理
放送番組のインターネット配信において，重要な検討事項の一つは，番組著作権の権利処理である．BBC は，番組の利用権利に関しては，iPlayer サービスのみの権多利として取得するのではなく，公共サービスとして番組の制作時に広い範囲で確保するようにしている．一般にあり，番組の制作時に広い範囲で権利を確保することは，困難も多く断念せざるを得ないこともある．一方で，イ

キャッチアップテレビ

少

視聴リクエスト

放送局は，まず良い番組を放送で提供することが第一でンターネットモバイルなど番組送信手段が多様化する中
クリエイティブアーカイブ
サービス（無料）

で，権利を分割して確保することもまた困難である．番組の著作権には，出演者，BGM など複数の権利が存在するため，後の権利処理はいっそう複雑となる．そのた

見逃しサービス（無料）

商用サービス（有料）

図6

オープンアーカイブサービス（無料）

要求に応じたサービスの種分け

め，現状のインターネットなど通信サービスを利用する
ためには，番組を他の手段で送信する権利をあらかじめ広範囲で確保することを重要視した施策をとらざるを得ない．このような広範囲での権利取得を実践している
BBC においては，サービスの中でもインターネットサー

いては短すぎるという声も多く，現在，期間の拡張が検ビスの位置付けが高いことがうかがえる．表 1 は，iPlayer

討されている．

サービスの権利に関する現状である．公共サービスの定

更 に，iPlayer サ ー ビ ス で は， 図 6 に 示 す よ う に，義でカバーできるところが，7 日を超えていることは興BBC は，多くの番組要求に対応するように，番組を 3

味深く，7 日間が一つの無料，有料の境界となっており，種類に分けて，サービスを検討している．見逃しサービ

今後，BBC のサービスが，他の事業者に影響を与える

スとも呼ばれるキャッチアップテレビサービスは，最も可能性も高いと考えられる．

多くの要求があり，放送後 7 日間の無料サービスとして実施するとしている．その次に，要求が多い番組につい

4．IPTV を支えるサーバ技術ては，商用サービスを考えており，この領域に分類される番組に対してサービスを充実させることで有償にしてIPTV の様々なサービスを実現するためには，サーバも付加価値を高くできると考えている．更に，それより側の技術も不可欠である．シスコシステムズは，従来とも要求の少ないロングテールの番組については，オープ

異 な る 次 世 代 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム に 対 応 す る CDS

ンアーカイブとして無料とすることが検討されている．

（Content Delivery System）を VOD サーバとして開発

また，その中の一部のコンテンツの編集等の加工をクリしている（図 7 参照）．

エイティブオープンアーカイブとして許可している．こCDS はオリジナルコンテンツ保存のためのヴォルトのような番組の視聴者による素材としての利用は，今後サーバとエッジサーバであるストリームサーバを利用しの番組利用方法の多様化の可能性を示唆している．このてコンテンツを配信し，サーバへのアクセス集中時に対ように BBC は，保有する番組の有効利用を単に番組配する効率を高くしている．また，ヴォルトサーバからス

信事業としてではなく，コンテンツ流通という観点でもトリームサーバへのコンテンツ転送をネットワークの遅詳細に検討している．

延を除き，約 300 ms 以下の遅延で高速処理できること

122

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

単一アプリケーション用の従来型デバイス

リアルタイムサービスを実現する
次世代プラットフォーム
Internet

Programming

Programming

ヴォルトサーバ
VS

図7

ストリーム
サーバ

従来型と CDS（Content Delivery System）の概念図

Content Hours Ranked By Popularity
Bandwidth Usage
POPULARITYTV Streamer Array

100%

Vault Array

1 ─ 5%

Technology

Cost

DRAM

100X

SCSI

5X

SATA Disk

1X“Long Tail”
Streamer

Vault

Content Location

AVAILABLE CONTENT

図8

サーバの利用効率

でユーザに多種類のコンテンツをストレスなく提供できる．更に，ストリームサーバ同士がリダンダント機能（HDD の RAID の機能に相当）をもっているため，片方に障害を生じてもサービスを中断することがない．CDS
は，この機能により，図 8 に示すようにサーバをすみ分けることにより，ロングテールのコンテンツまで，サーバを高い効率で利用できる．
また，CDS の特徴として，映像本編だけをトリックプレイし，本編以外の一部分を差し替えるという機能がある．例えば，コンテンツの一部分となる CM などに対して，コンテンツを 4 倍速で早送りした場合，4 倍速再生される CM の代わりにあらかじめサーバに蓄積しておいた 4 分の 1 の尺となる CM に差し替えたり，巻き戻しした場合も同様に CM 部分を通常再生に差し替えたりする機能をもっている．

図9

Scientific Atlanta の IPTV 受 信 機（CES 2007 Cisco
System の展示から）トランタ（Scientific Atlanta）は，クライアント側となる
IPTV の受信機（図 9）も製作しており，映像デコーダにはプログラマブルな FPGA（Field Programmable Gate

トでの高画質を維持している．
このように，サーバ側とクライアント側を併せて開発している企業はまだ少ない．

Array）
による DSP（Digital Signal Processor）
を用いて，常に最新のアルゴリズムにすることでより低ビットレー

解説論文：放送・通信連携の海外動向

123

小特集❷

更に，シスコグループ企業のサイエンティフィックア

8K に加えて DVB-H 用として 4K を追加して，効率良
くデータを伝送できるようにしている．また，先に説明

5．携帯端末向けサービス

したように，映像など大容量のデータの伝送プロトコル
日本では，地上デジタル放送の携帯端末向けサービスには，UDP を利用して TCP に比べて信頼性は低いが，「ワンセグ」が開始されている．諸外国のサービスの中で高速に伝送するようにしている．そのため，誤り訂正符も大きな期待を寄せられるのが，日本のワンセグ同様に号（FEC：Forward Error Correction）を用いている．

携帯端末向けサービスである．海外の携帯端末向け放送

FEC は，IP 層で実行するため，DVB-H は，DVB-T のは， 大 き く 分 け て，DVB-H（DVB-Handheld），DMB

放送波との親和性を保っている．また，DVB-H では，（Digital Multimedia Broadcasting），MediaFLO の 3 方

制御信号も含めて，IP 層で放送でき，通信サービスで式が存在している．本章では，3 方式の現状と特長を述も IP データを再利用できる．更に，携帯電話の課金やべるとともに，それらによるサービスを紹介する．3 方E コマースのシステムと連携でき，放送環境とモバイル

式は，いずれもワンセグ同様伝送方式に OFDM を採用

サービスの間をユーザは意識することなくシームレスにしているが，IP データ放送サービスを可能としており，利用できる．

通信との親和性や連携サービスを現状のワンセグよりもまた，フランスの EXPWAY は，イタリアで同社の重要視している．

提供する ESG（Electric Service Guide）サーバを利用し3 方式の中で，IP データ放送に最も力を入れているとた DVB-H のサービスを既に始めている．このサービス考えられる方式が，DVB-H 方式である［13］
，
［14］
．IP

の特徴は，FastESG サーバを用いることで，図 11 に示

データ放送の典型ともいえる DVB-H の伝送システムのすブロック図のように，ESG の XML データや，バイプロトコルスタックを図 10 に示す．通信を利用したサーナリーデータ，双方向サービスのためのデータ，コンテ

ビスであるが，TCP（Transmission Control Protocol）

ン ツ な ど 様 々 な デ ー タ を 扱 え る こ と に あ る． ま た，を利用した双方向サービスだけでなく，UDP（User

XML の圧縮方式である MPEG BiM を標準に用いるこDatagram Protocol）を利用することで，放送のようなとで，平均 30％程度伝送容量を小さくし，2 〜 3 倍程度

プッシュ型のサービスを行うことを想定している．その端末での処理速度を高速化している．更に，ESG のス

ため，ユーザは，オンデマンドではなく，携帯端末に蓄トリームの 60 kbit/s 程度の効率化も実現している．

積された状態ですぐに利用できる．例えばファイル型の一方，韓国でサービスが開始されている DMB には，

映像コンテンツは，深夜時間帯などユーザが意識しない衛星による S-DMB（Satellite-DMB）と地上波によるでダウンロードされていることになる．また，コンテン

T-DMB（Terrestrial-DMB）方式がある［15］．S-DMB は，ツ視聴に関する利用条件などもコンテンツ制御用データ

日本国内では，モバイル放送株式会社から 2004 年 10 月

として伝送するため，様々な課金形体にも対応している．

より，サービスが開始されている［16］．ここでは，韓国

DVB-H 方式は，ヨーロッパを中心に標準化されており，

で 2006 年 5 月にサービス開始の T-DMB について紹介

固定，車載端末向けの標準である DVB-T をベースとしする．T-DMB は，DAB（Digital Audio Broadcasting）ている．DVB-T の変調方式である OFDM には，デーをベースとしている．DAB 自体は，デジタル音楽放送

タ 搬 送 波 の 違 い に よ る モ ー ド と 呼 ば れ る 帯 域 幅 が，システムの標準であり，伝送帯域は 1.5 MHz と狭く，

ISDB-T 同様に定義されている．DVB-T のモード 2K，受信端末の消費電力を低くできるという点で携帯端末向Application (s)IP 用ペイロードフォーマット

携帯電話ファイル形式
バイナリーデータ
テキストデータなど

電子サービス
ガイド

データカルーセル

ストリーミング制御用データ

コンテンツ
制御用データ

コンテンツ
制御用データストリーミング型コンテンツ（映像音声など）

その他の制御用データ
HTTP

ファイル型コンテンツ
UDP

TCP

IP
DVB-H

図 10

124

Point-to-Point Bearer

DVB-H の IP データ放送のプロトコルスタック

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

IPDC ESGXML Data
BinaryAuxiliary
Data

FastESGTM Server

Automation
Conversion
Aggregation
Adaptation

ESG Database
IP Multicast
ESG Sessions

ESG Processor

ESG Carousel

Interactivity
Data

IP Multicast
ContentCastTM
Sessions

IP Encapsulator

Content
CastTM Files

図 11

ESG サーバのブロック図（http://www.expway.com/）

けである一方で，音楽放送が前提となっているため，そ

受信品質を維持するために，階層化変調方式を用いていのままでは映像サービスを提供できない．動画映像を含る．この方式は，コンテンツを 2 階層に分けて伝送する

むマルチメディアサービス実現のためには，音声放送よ方式で，それぞれの階層に 2 ビットずつの情報を提供し，りも低いビットエラーレートを受信側で確保する必要が適切な受信 SN 比が確保できる場合は，テレビ放送と同

あ る． そ の た め，T-DMB の 送 信 側 に は，RS（Reed

じ 1 秒 当 り 30 フ レ ー ム と な る 30 fps（frame per

Solomon）符号化器，並びに畳込みインタリーバを付加

second）の映像サービスを行い，SN 比が低い場合にはして，伝送エラーを低減している．そうすることで，

15 fps で，基本サービスを維持する方法である．MediaVHF 帯 の T-DMB で MPEG TS（Transport Stream）

FLO では，映像や音声コンテンツの伝送と IP データ伝を用いて，映像コンテンツを伝送できる．T-DMB のサー

送の両方を想定しているが，DVB-H と異なり映像など

ビスを利用するためには，専用アプリケーションを実行

は IP 上では放送しない．FLO 方式は，映像や音声コン

す る た め の ワ ン セ グ の BML（Broadcasting Markup

テンツを MPEG TS で伝送する場合，IP データを映像

Language）に相当するミドルウェアが受信機に必要であ同様に MPEG TS で伝送する場合に発生するプロトコ

る．ワンセグの BML C-profile 同様に，T-DMB ではミル機能の重複による非効率を避けるために，映像コンテ

ドルウェアにより，専用アプリケーションを実行し表示

ンツや IP データを，直接専用プロトコル上で伝送する．

するからである．また，T-DMB は，ミドルウェアの専用プロトコルにより，受信端末は視聴する番組が送らAPI（Application Programming Interface） に よ っ て，れてくる論理チャネルのみ受信でき，消費電力を低減化

受信機の制御，アプリケーションのライフサイクル制御

している．

なども行う．T-DMB のミドルウェアは，BML のようMediaFLO の映像サービスは，QVGA（Quarter Videoに標準化されておらず，今後の標準化が期待される．

Graphics Array）の画面サイズで 30 fps の映像サービスを基本としており，これに音声帯域を加えて，1 チャネ

多チャネルデジタル放送サービス MediaFLO を紹介す

ル当り約 350 kbit/s の伝送帯域となる．この基本スト

る［17］．MediaFLO 方式は，伝送方式と，実際にサーリーミングビデオを 15 チャネル以上，音声ストリーミ

ビスされるコンテンツを，事業者が，通信ネットワーク

ングを 10 チャネル提供する．更に残りの容量を利用し，を利用してオンデマンド配信ではなく，放送のようにあらかじめ 10 分，20 分のコンテンツを端末にダウン

プッシュで配信するシステムからなる．無線伝送方式はロードしておき，ユーザが都合の良いときに視聴する映FLO（Forward Link Only），
コンテンツ配信システムは，像ファイルを伝送するクリップキャストサービスを 40

MDS（Media Distribution System） と 呼 ば れ て い る．

チャネル提供する．MediaFLO USA には，MTV，FOX，

FLO では，QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）若NBC，CBS が番組を提供し，Verizon が自社の携帯端

し く は，16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）

末で視聴できるサービス（V Cast Mobile TV）を 2007 年を用いており，使用する帯域は 5 〜 8 MHz である．6

中に開始予定である．CES2007［5］の資料では，2011

MHz の帯域幅で，最高 11.2 Mbit/s，平均 6 Mbit/s の

年にはアメリカの mobile TV は 3,000 万台を超え，2010

スループットを確保できる．携帯端末において，一定の年には総売上げは 20 億ドルを超えると予測されている．

解説論文：放送・通信連携の海外動向

125

小特集❷

最後に，Qualcomm が開発を進めている携帯電話向け

この FLO 技術は，標準化を推進する団体 FLO フォー

アプリケーション

ラムにより，アメリカの TIA へ標準化提案され，TIA-

HTML/BML 言語

1099 となる予定である．

JAVA 言語

6．次世代ケーブルテレビと国際標準

C 言語

ITU-T SG9 は，J.200 シリーズ勧告でケーブルテレビ

ハードウェアアメリカにおけるケーブルテレビ会社は，専用の DRMが，その一方で，このように，プラットフォームレイヤ

JAVA ミドルウェア
OSのミドルウェアの仕様を勧告化している．2. に示したを用いた STB を利用して，既にサービスを行っている

HTML/BML ブラウザ

図 12

次世代ケーブルテレビの標準 STB のフレームワーク

構造の国際標準も検討されている．SG9 では，図 12 にユーザインタフェースの次世代のフレームワークは，ミドルウェアを実行エン

アプリケーション

ジン，ブラウザをプレゼンテーションエンジンとしている．2001 年 3 月にリリースした J.200 では，図 13 に示すようなアプリケーション実行環境アーキテクチャを規定 し て お り，IPTV の 仕 様 と も い え る． こ の 次 世 代
STB［18］は，IPTV のプラットフォームの標準ともい

実行エンジン

表示エンジン
アプリケーション
寿命モニタ
MEPGビデオ，
データ放送，各種サービスデータ
OSえる．
日本でも，内容の検討が進められ，通信事業者などを中心に寄与している．

ブリッジ機能端末ソフトウェア

示すような STB のフレームワークを規定している．こハードウェア

図 13

J.200 のアプリケーション実行環境アーキテクチャ

2006 年 10 月の ITU-T SG9 東京会合で決められた次世代 STB の仕様は，更に具体的なアーキテクチャを規多い．

定 し て い る． こ の ア ー キ テ ク チ ャ は，HFC（Hybrid

DRM が一般化されて，標準化されることで，IP 時代

Fiber Coaxial）ケーブルネットワーク依存部，非メディの STB が一気にコンテンツビジネスの世界規模の発展

ア依存部，そして STB コア部の構成になっている．今をもたらす可能性も残されてはいるが，日本に限らず，

後ケーブルテレビネットワークは，HFC ネットワーク

このあたりの課題の解決には，まだ時間を必要とする．

から FTTH（Fiber to The Home）ネットワークに移行
していく可能性が高いが，この STB のアーキテクチャの構成は，FTTH 移行時の問題を軽減できる．片方向

7．放送・通信連携サービスにおける課題と将来への期待で国内に限られる電波放送とは異なり，ケーブルテレビ
は，ネットワークの発達により，インターネットなどを現在，既に行われているサービス，検討中のサービス

利用して海外とも接続されることは間違いない．そのたについて，紹介してきた．これらは，ほんの一例にすぎめ，IP 時 代 の 伝 送 路 の 国 際 標 準 は，NGN（Next

ないが，放送・通信と一言でいっても従来の電波によるGeneration Network）を中心に ITU-T［19］で推進され放送，ケーブルテレビ，通信による IPTV，インターており，各国で NGN 準拠のシステム構築が進められてネットの延長線上のサービス，携帯向けサービスが，複いる．こうした中，東京会合で合意された STB 仕様で雑に混在していることが分かる．これらは，別々の事業ある J.290，J.291 は加速承認手続き AAP コンセントが者が個別にサービスを行っているため，プラットフォー

とられて，既に勧告化されている．

ムの共通化は，困難を極める．従来の放送は，共通の標

また，今後の国際市場においてコンテンツビジネスを

準プラットフォームに対するサービスであったが，通信進めるためには，STB を国際標準に適応させることがとの連携，融合は，複数プラットフォーム上で行われる重要である．しかし，現状では，国際標準によって詳細ことになる．これは，インターネットのように PC を受まで規定されているわけではない．特に DRM に関して

信端末として利用する場合，大きな問題はないかもしれ

は，各ビジネスモデルに適用したものを選択することがないが，テレビを端末とする場合には，大きな問題とな必要であることから詳細は決められない．日本国内でも，る．ユーザは，専用のプラットフォームを有する端末を放送コンテンツの再配信，蓄積コンテンツの再配信に関準備する必要があるし，コンテンツの権利所有者からししてはデジタル放送のコピーワンスの運用もあり課題はても，DRM はプラットフォームに依存するため，許諾

126

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

［10］ BBC on-demand proposals: Public value test final

スを成長させるためには，トータルのコンテンツの視聴

conclusions, http://www.bbc.co.uk/bbctrust/assets/files/
pdf/consult/decisions/on_demand/decision.pdf［11］ VeriSign kontiki delivery management system, http://
www.verisign.com/static/042023.pdf［12］ Windows Media DRM の 構 造， http://microsoft.com/
windows/windowsmedia/drm/architecture.aspx［13］ D. Wood and H. Hoffmann， 欧州で始まる HDTV 時代，
映情学誌，vol.60, no.5, pp.712 ─ 716, May 2006.
［14］ A. Adolf and G. Martinez， DVB-H：携帯端末向け DVB 規
格， 映情学誌，vol.60, no.5, pp.717 ─ 720, May 2006.
［15］ J.-H. Park, and S.-P. Lee， 韓国における新しいデジタル放送サービスの開発と現状， 映情学誌，vol.60, no.5, pp.
721 ─ 724, 2006.
［16］ 山口慶剛， 移動体・個人向け 衛星放送サービスの技術動向， 信学誌，vol.90, no.2, pp.117 ─ 121, Feb. 2007.
［17］ 前 田 幹 夫， 携 帯 電 話 向 け 多 チ ャ ン ネ ル 放 送 サ ー ビ スMediaFLO， 映情学誌，vol.60, no.5, pp.725 ─ 727, May
2006.
［18］ 山下良蔵， 次世代ケーブルテレビ， 映情学誌，vol.61,
no.1, pp.24 ─ 30, Jan. 2007.
［19］ ITU-T IPTV Focus Group, http://www.itu.int/ITU-T/IPTV/
index.phtml［20］ 今井秀樹（編著），ユビキタス時代の著作権管理技術─ DRMとコンテンツ流通，東京電気大学出版局，2006.

に，人口×時間という制約がある以上，現在，通信でい（平成 19 年 3 月 26 日受付，6 月 12 日再受付）とは，コンテンツ流通という観点では，あまり好ましくない状況といえる．
しかし，プラットフォームの共通化，標準化を行うた
め十分な時間を与えることなく，新しいサービスが登場しているのが現状である．そのため，DRM の共通化，
標準化については更に困難を極める［20］かもしれない．
この状況を打開するためにも，ITU-T などでの国際標
準への期待は大きい．
また，放送事業者が積極的にインターネット配信する
ことで，現在，インターネットにユーザとなったテレビ
視聴者層が，再びテレビ視聴者として戻ってくることを大いに期待している．この視聴者も含めた放送・通信の融合した将来に期待を寄せる所存である．
このように，純技術的な課題だけではないが，真の意
味での放送・通信の融合を進め，コンテンツ流通ビジネ

解説論文を与える場合にもプラットフォームごとになる．このこわ れ る 固 定 網， 移 動 体 網 を 統 合 し た FMC（Fixed
Mobile Convergence）に，放送網を加えた Fixed Mobile
Broadcasting Convergence を推進することが，今以上に必要と考える．
また，権利処理の観点では，今後，制作される多くの番組はインターネットでの利用を前提に著作権処理がなされると考えられる．一方で過去のアーカイブなど，インターネットのない時代の番組の著作権処理には，多くの時間が費やされることになると考えられる．しかし，人気の高い優良な映像も多く，その再利用は多くの人々

石川 清彦（正員）▶ 1990 名古屋大学大学院工学研究科修士課程了．同年 NHK 入局．大阪放送局を経た
のち，放送技術研究所にて放送用記録シス
テム，サーバ型放送，コンテンツ流通におけるドメイン管理方式の研究・開発及び TVAnytime，サーバ型放送，IPTV ダウンロード方式の標準化に従事．現在，放送技術研究所（システム）主任研究員．博士（工学）．

から望まれるところである．映像のディジタル化は映像
配信ビジネスなどに多くのアドバンテージを与えている．更に今後は，通信から得られるユーザの嗜好などの情報を安全に，テレビ番組の内容や編成にも反映できるような技術の実用化をより期待し，進めていきたい．この技術により，放送通信の連携によるメリットを視聴者は十分に感じることができるようになると信じている．
文

献

小特集❷

［1］（財）インターネット協会，インターネット白書 2006，イン
プレス R&D，May 2006．
［2］ 中村美子，池田正之，山田賢一， 世界のデジタルサービス
動向， 映情学誌，vol.60, no.5, pp.707 ─ 711, May 2006．
［3］ 総務省，平成 18 年版情報通信白書，ぎょうせい，2006．
［4］ NHK 受信技術センター（編），テレビ新時代知っておきたい─地上デジタル放送，NHK 出版，2003.
［5］ CES, http://biz.knt.co.jp/pm/ces/［6］ Deutsche Telekom, http://www.telekom.de/dtag/cms/

content/dt/en/38644［7］ TVSTORM, http://www.tvstorm.com/english/business/area.php［8］ IPTV Forum, http://www.soumu.go.jp/s-news/2006/

pdf/061023_2_1.pdf［9］ 次世代ネットワーク（NGN）とは？，http://www.ntt-east.

co.jp/ngn-trial/about/index.html

解説論文：放送・通信連携の海外動向

127

小特集❷

放送通信融合とマルチメディア技術
論評・サーベイ論文

放送通信融合とメタデータ

─融合サービス受信環境における技術課題─
Metadata for Convergence of Internet and Broadcasting─ Standards and Technical Hurdles ─

山岸靖明

†

Yasuaki Yamagishi†

Summary

求や嗜好に合わせてサービス及びコンテンツを特定し，そのコンテンツを利用するのにふさわしいアプリケー
ション及びデバイス，ネットワークを選択する必要があ

放送通信融合の進展により，複数のネットワークを介して様々なコンテンツ配信サービスが提供されるようになると，それらを利用するホームネットワーク上のコン
テンツを再生するデバイスや，配信経路のネットワーク
環境が不均一となる．与えられた環境の中で，ユーザの望むコンテンツを効率良く利用させるには，サービス，る．このマッチングのためのパラメータが，コンテンツ，
サービス，デバイス，ネットワーク，それぞれのメタデータである．これらのメタデータから，対象のコンテンツを配信する際に必要となるメタデータを収集して利用者のコンテンツ利用環境であるコンテクストを理解し，必アプリケーション，及び，デバイス，ネットワークの中要に応じてネットワークリソース制御やコンテンツ適応

から最適なものを選択する必要がある．このマッチング

化を行う．

のためのパラメータがそれぞれのメタデータである．本
論文では，コンテンツ配信に関連するメタデータ標準についての最近の動向，それらのメタデータを放送通信融合環境で利用する場合の技術課題について解説する．

本論文では，コンテンツ配信にかかわるメタデータ標
準についての最近のトピックや，その応用，展開状況等について説明する．更に，これらのメタデータを，複数のサービスを受信する放送通信融合環境で利用するため

Key wordsの技術課題として，メタデータインタオペラビリティのメタデータ，RSS，TV-Anytime，TR-069，ISAN，放送通データ普及のための課題について解説する．

課題，メタデータゲートウェイの課題，コンテンツメタ

信融合

2．メタデータの利用例
1．ま え が き
コンテンツの利用者は，ホームネットワーク内のデバ
イスと，その上で稼動するアプリケーションにより，放送並びに通信ネットワークを介したコンテンツ配信サービスを利用する．放送通信融合環境においては，様々なコンテンツ配信サービスが異なるネットワークを介して提供されるため，これら複数のサービスにより提供されるコンテンツを再生するホームネットワーク上のデバイ
スや，配信経路のネットワーク環境が不均一となる．利
用者が，与えられた環境の中で所望のコンテンツを効率良く取得するためには，利用者からのコンテンツ利用要†ソニー株式会社テレビ事業本部，東京都
TV Business Group, Sony Corporation, Tokyo, 108-0075 Japan

128

複数のサービスが融合した環境で実行される連携アプ
リケーション，セッション制御，ホームネットワーク内のコンテンツ共有に，コンテンツ配信にかかわるメタ
データを利用することにより，次のような最適化が可能となる．
2.1 連携アプリケーションにおけるメタデータの利用
地上波放送ネットワークの放送サービスプロバイダと，ブロードバンドネットワークの IPTV サービスプ
ロバイダの，それぞれが提供するサービス並びにコンテ
ンツメタデータを同時に利用すると，両方のネットワー
クを透過的に扱うコンテンツガイドアプリケーションを実装することができる．利用者は，このアプリケーショ
ンにキーワードを一度指定するだけで，所望のコンテン

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

論評・サーベイ論文

ストリーミングセッションの
メタデータ

サービスの
メタデータ

SI P シグナリング
IMS

SDP
SDP

ネットワーク
リソース制御SI P シグナリング

デバイスの
メタデータ

IPT V サーバ
ストリーミング
セッション

図1

LSP

ネットワークリソースのメタデータ

ストリーミング
セッション

セッション制御におけるメタデータの活用

ツを複数のネットワークをまたがって選択し，視聴する用 さ れ て お り， セ ッ シ ョ ン 記 述 に は SDP（Session

ことができるようになる．また，モバイルブロードバン

Description Protocol）［4］ を 用 い る． 図 1 は，IMS の

ド用の VoD（Video on Demand）アプリケーションが携

SIP シグナリングを介した，IPTV サーバとそのクライ

帯放送のサービス並びにコンテンツメタデータを解釈でアントデバイスとのセッション制御について，とある実きる場合，利用者が携帯デバイスにより VoD コンテン

装形態における構成例を示した図である．IPTV クライツを視聴している最中に，そのコンテンツに関連する内アントデバイスは，SIP シグナリングにより IPTV サー

容の緊急のライブ中継が携帯放送ネットワークにより提バと SDP ファイルを交換し，最適なパラメータをネゴ供される予定であることを検知することができる．表示

シエーションすることにより，ネットワークリソースのスクリーン上に視聴方法選択のアイコンが表示され，状況に見合ったストリーミングセッションを確立するこ

VoD をいったん停止してその関連する番組を視聴するとができる．SDP ファイルには，セッションで要求さか，若しくはネットワークサービスにより提供される録れる QoS 属性，映像・音声コーデック，ビットレート，画サービスに録画依頼して後から自宅のテレビでダイ

トランスポートプロトコル等の属性が記載される．このジェスト視聴するというようなスケジューリングが簡単

SDP ファイルに記述されるセッションのメタデータと，にできるようになる．このように，異なるサービス，ネッ

セッションを確立するネットワーク上の複数の品質クラトワークから提供されるコンテンツやサービスメタデー

スに分類されたパス（Label Switched Path：LSP）を記

タを利用した連携アプリケーションにより，ネットワー

述するネットワークリソースのメタデータをマッチング

クやサービスの違いを意識させない，エンドユーザの嗜することにより，対象のセッションに対する最適なパス

好に合わせた柔軟な利用形態をサポートすることができを選択する．マッチングは，エンドポイント間に保証さる．

れているサービスのクラス（保証帯域等）を考慮に入れ

2.2 セッション制御におけるメタデータの利用て，そのサービスに適用可能なマッチングポリシーをもここ数年以内に，市場への導入が予定されているとに行う．このように，IMS のアーキテクチャは，コNGN（Next Generation Network）［1］では，ユーザのモ

ンテンツ配信セッションのメタデータ，ネットワークのビリティを考慮に入れた，QoS（Quality of Service）制

メタデータ，及び，サービスクラスのメタデータを活用

御可能なネットワークが構築される．この NGN で中心して，与えられたリソースを有効に活用するセッション的な役割を担うのが 3GPP（3rd Generation Partnership

制御を実装できるフレームワークをもっている．
また，IMS では，エンドポイントのデバイスが異な［2］である．IMS とは，IP ベースのマルチメディアサー

るネットワークに移動する場合にも，移動先のネット

ビスをユーザに提供するためのアーキテクチャフレーム

ワーク環境に最適なセッションが確立できるような，メワークと位置づけられ，この類のサービスを実現するた

タデータを用いたリソース制御，コンテンツ適応化を実めの機能とその間のインタフェースを標準化している．

装することができる．

マルチメディアサービスのセッション制御には，IETF

2.3 コンテンツ共有におけるメタデータの利用（Internet Engineering Task Force）で策定され，3GPP

ホームネットワーク内で，様々なサービスから配信，で拡張された SIP（Session Initiation Protocol）［3］が採蓄積されるコンテンツが増えるにつれ，利用者は，これ

論評・サーベイ論文：放送通信融合とメタデータ

129

小特集❷

Project）で開発された IMS（IP Multimedia Subsystem）

サービスのメタデータ

ゲートウェイデバイス

ポリシーデータベース
コンテンツのメタデータ

サービスプロバイダ
メディア変換ホームネットワーク
ネットワーク環境の
メタデータ

デバイスの
メタデータ

図2

コンテンツ共有におけるメタデータの活用

らのコンテンツをデバイス間で共有したいと考えるようになる．ブロードバンドサービスプロバイダの中には，・コンテンツ識別子
等が挙げられる．

基本的なインターネットアクセス以外の新たなサービス

3.1 コンテンツ・サービスメタデータ

オプションとして，ホームネットワーク上のコンテンツ

ネットワークを利用したコンテンツ流通で利用されての共有を支援するサービスに注目しているところもあいるコンテンツメタデータの標準には，以下のいくつかる．このようなサービスで，異なるデバイス間でコンテの系統がある．

ンツを移動する場合，例えば，ハードディスク内蔵のゲー

・ RSS（Really Simple Syndication）や Atom に代表

トウェイデバイスから携帯デバイスへコンテンツを移動されるインターネットコンテンツに対するメタする場合にコンテンツ適応化が行われる．コンテンツ適

データ標準

応化には，利用条件等の著作権管理のコンテンツメタ

・ MXF（Material eXchange Format），P/META 等

データ，コーデック等再生環境のデバイスメタデータがの放送系コンテンツマネジメントシステム，素材必要となる．更に，他のデバイスからストリーミング再管理系のメタデータ標準

生する場合には，ホームネットワーク内のネットワーク
負荷状況等のネットワーク環境メタデータも必要となる．デバイスや，ネットワーク環境のメタデータは，リ
モートマネジメントプロトコルにより，サービスプロバ

・ TV-Anytime 等の放送コンテンツ配信系のメタデー
タ標準
・ SDP 等のインターネットストリーミング，通信系
標準で利用されているメタデータ標準

イダ側でモニタリングされる．メディア変換の機能は，

3.1.1 インターネットコンテンツのメタデータ

プロバイダが管理するゲートウェイデバイスに実装し，インターネット上のコンテンツを検索，配信するためユーザからのコンテンツの移動やストリーミング要求をのメタデータとして RSS フィード［5］が注目されてお許可するか否かを判断するためのポリシーは，サービス

り，この RSS フィードによるプッシュ型のコンテンツ

プロバイダ側，若しくは，ゲートウェイデバイス上のポ配信，非同期型の放送形態が一般的になりつつある．

リシーデータベースに格納される（図 2）．

RSS フィードにより，関心のあるコンテンツがどこで生成されて，いつその内容が更新されたかを，わざわざ3．各種メタデータ標準化の動向

提供元のサイトやブログに頻繁にアクセスしてチェックしなくても知ることができる．

コンテンツ配信にかかわるメタデータ標準のカテゴ
リーとしては，（ 1 ） RSS
昨今 Web2.0 が話題となっているが，この Web2.0 の・コンテンツ・サービスメタデータ

典型的なサービスとしてブログがある．ブログサービス

・ネットワークメタデータのコンテンツマネジメントシステムの簡易なインタ・デバイスメタデータ

フェースを利用して個々のユーザが主役となってコンテ

130

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

新管理を行うポッドキャスティングがブームとなっていP2P（Peer to Peer）ネットワークによる非常に低コスト

る．RSS フ ィ ー ド に 含 ま れ る 映 像 / 音 声 フ ァ イ ル ので効率良くコンテンツを共有するインフラが普及してい

URL を記述する要素をもとに，ポッドキャスティング

る．ユーザの著作権保護に対する認識が不十分なため，に対応するアプリケーションが自動的にファイルをダウ

メジャーなコンテンツホルダのこのインフラに対する嫌ンロードしてハードディスクに蓄積し，ユーザは好きな

悪感は払拭されていないが，ユーザの啓蒙，並びに，課時間に蓄積されたコンテンツを視聴する．メジャーな放金システムの確立と著作権保護の技術的な整備に伴い，送局もポッドキャスティングによるニュースの配信をブログによるコンテンツのほか，更には，メジャーなコ行っており，RSS フィードによる非同期型放送がイン

ンテンツホルダからのコンテンツまでもが，P2P ネット

ターネット上のコンテンツダウンロード方式のデファク

ワークを介して配信される可能性があり，今後のコンテトとして定着しつつある．

ンツ流通の一つの大きな流れとして認識されている．

ポッドキャスティングの普及に伴い，既存の RSS

この新しい流れの一翼を担っているのが RSS フィー

フィードのメタデータでは，マルチメディアコンテンツドと呼ばれるメタデータである．RSS フィードは，ウェに特化した属性が記述できなかったため，このマルチメ

ブやブログ並びにコンテンツ一般のメタデータ（要約，ディア配信に利用できるようなメタデータ要素を独自にコンテンツへのリンク，更新情報等）
を構造化して XML

追加拡張する動きが出てきた．例えば，RSS2.0 をベー（Extensible Markup Language）で記述したファイルでスにビットレート，フレームレートを記述するための要ある．このファイルを RSS リーダと呼ばれるアプリケー

素や，サムネールを参照するための要素等が追加された

ションに登録し，定期的に取得することによりユーザはMediaRSS（mRSS）［8］がある．このような独自拡張が関心のあるコンテンツの生成 / 更新状況をタイムリーに頻繁に行われると RSS フィードの互換性が損なわれ，把握することができる．

RSS リーダが対応できないメタデータが配信されてしこの RSS フィードは検索エンジンにも利用されていまう．生成されたメタデータが有効に活用されるためにる．以前は，巨大なポータルサイトがインターネットのは，すべてのアプリケーションが共通に解釈できるメタハブとなって，そこで提供されるサービスやディレクト

データの標準化が必要となる．放送業界では，このよう

リを経由して目的のコンテンツへ誘導された．現在では，なマルチメディアコンテンツ（放送コンテンツ）に対する

このようなコンテンツへの誘導の役割を検索エンジンがメタデータを業界で統一しようという活動が早くから行担っている．検索エンジンが対象とするデータには，ブ

われてきた．

ログやページそのものの内容とリンク情報のほかに，

3.1.2 放送系コンテンツのメタデータ

RSS フィード等の構造化されたメタデータが含まれる

放送系メタデータは，放送番組の企画，取材，編集，ようになっている．検索エンジンによりフィルタリング

送出にわたる広範囲な工程で利用されており，放送系プ

された RSS フィードによるコンテンツの取得方式は，ロフェッショナルが利用するのに十分な粒度で詳細な情効率的にコンテンツを提供したい供給者側と所望のコン報構造が SMPTE（Society of Motion Picture and Televi-

テンツを効率良く取得したいユーザの双方にとって有効

sion Engineers）等の標準化団体で定義されている．放なソリューションである．

送系メタデータにはそれぞれの工程で利用するのに適し（ 2 ） RSS のバージョン

た複数の標準がある．これは，唯一の標準ですべての用RSS フィードのフォーマットには複数のバージョン

途をカバーできないことを意味する．これらメタデータ

が あ る． 現 在 普 及 し て い る も の は，RSS2.0，RDF

を利用するサービスやシステムを開発する際には，要件（Resource Description Framework）［6］
ベースの RSS1.0を満たすのに最も適当な標準を選択し，そこに定義され（RDF Site Summary）と，新しく開発された Atom といているメタデータ要素，構造定義をもとに，更に，個別

う大きく三つのバージョンに分けられる．前二つの系統の要件に合わせて新たな要素，構造を追加して利用するの RSS はシンプルで使いやすい反面，非互換なバージョのが一般的である．
放送制作システムにおいては，ProMPEG フォーラム

いるため，Atom の開発が始まった．Atom は特定の企で開発され SMPTE 規格となった MXF（Material Ex-

業 や 個 人 が 管 理 し て い る RSS と は 異 な り，IETF

change Format）が，標準映像ファイルフォーマットと（Internet Engineering Task Force）で仕様が開発，管理して，取材 / 収録素材や番組そのものの交換に利用されされており，オープンなプロセスのもと，十分な議論をている．この MXF は，映像 / 音声データとメタデータ

重ねた仕様を開発すべく作業が行われている［7］．

を一つのファイルに格納できる構造となっており，メタ（ 3 ） RSS によるマルチメディアコンテンツの配信

デ ー タ の パ ー ト に は，DMS-1（Descriptive Metadata

RSS フィードを使って映像 / 音声データの配信，更

Scheme-1）［9］で規定されるメタデータ要素を格納する．

131

小特集❷

ンが乱立しており，あいまいな仕様による混乱が生じて論評・サーベイ論文：放送通信融合とメタデータ

論評・サーベイ論文

ンツをインターネット上で相互に交換できる．また，

DMS-1 は，SMPTE Metadata Dictionary［10］で定義

NGN をフレームワークとする IPTV 標準開発の過程にされるメタデータ辞書から番組制作，アーカイブ管理においても，SDP は，放送系標準のメタデータと連携，必要なメタデータを抽出したものである．局間の素材交統合されていくものと思われる．

換を目的としたメタデータ標準としては，ほかに，米国

3.2 ネットワークメタデータの 公 共 放 送 機 構 CPB（Corporation for Public Broad-

ネットワークのサービスクラスは，サービスにより提casting）が Dublin Core メタデータを拡張して定義した

供されるオーディオ，ビデオ，データのパケットをそのPBCore［11］，BBC（The British Broadcasting

特性と内容によって更に細かく分類し，それぞれに対し

Corporation）が開発した SMEF-DM（Standard Mediaて保証すべき遅延，遅延の揺らぎ，パケット損失率を規Exchange Framework Data Model）［12］，EBU

定することにより定義される［19］．これは，サービスの（European Broadcast Union）の P/Meta［13］等がある．

品 質 保 証 の 契 約 で あ る SLA（Service Level Agree-

放送番組ばかりでなく，より一般的なマルチメディア

ment）を決める際の参考となる．IMS においては，SDP

コ ン テ ン ツ の メ タ デ ー タ の 標 準 と し て は ISO/IECにトランスポートの QoS クラスを記述することにより，（International Standards Organization/International

必要なネットワークのサービスクラスを指定する［20］．

Electrotechnical Commission）の MPEG7 がある．MPEG7

トランスポートの QoS クラスからサービスクラスへの［14］では，メタデータ要素の詳細な構造を定義するため

対応は，IETF 等で検討されている［21］．

のツールを XML Schema により規定しており，様々な

3.3 デバイスメタデータ

メ タ デ ー タ 標 準 で 引 用 さ れ て い る．ISO/IEC のユーザの利用環境に最適なコンテンツを配信するため

MPEG21［15］では，マルチメディアコンテンツの映像 /には，コンテンツを再生するデバイスに実装されるコー

音声データのフォーマット / 符号化方式，タイトルや概

デックや，サポートされる画面サイズ / 色数などのハー

要等の属性ばかりでなく，権利属性を含めたディジタル

ドウェア構成情報が必要になる．このようなデバイスメ

データ一般の交換パッケージを記述するための DIDL

タデータの標準化は，メディア適応化という要件に基づ（Digital Item Declaration Language） を 規 格 化 し た．

き MPEG-21 の DIA（Digital Item Adaptation）［22］，

DIDL は，汎用的なパッケージ交換形式のモデルとして，

TV-Anytime のフェーズ 2［23］，OMA（Open Mobile

その他のメタデータ規格に採用されている．権利属性にAlliance）の UAProf（User Agent Profile）［24］等で検

つ い て は， 権 利 記 述 言 語（Rights Expression Lang-

討されているほか，ネットワーク管理，リモートマネジ

uage：REL）［16］ と 権 利 デ ー タ 辞 書（Rights Data

メントという領域でも，デバイスの管理情報を体系的にDictionary：RDD）［17］ を 用 い る． 権 利 記 述 言 語 は標準化しようとする活動が行われている．

XrML（eXtensible rights Markup Language）を採用し3.3.1 リモートマネジメントている．XrML では，だれ Principal が，どのコンテ

ネットワークに常時接続されたデバイスにおいては，

ンツ Resource に対して，どのような権利 Right が，ネットワークを介してデバイスに実装されているソフト

どのような条件 Condition のもとで許諾されているか

ウェアの構成を変更したり，各ソフトウェアコンポーネを記述できる．

ントやネットワークインタフェースの稼動状況をモニタ

放送系メタデータ標準は，放送コンテンツ，マルチメ

リングすることができる．ITU-T（International Tele-

ディアコンテンツのメタデータ記述を目的として十分な

communication Union Telecommunication Standardi-

議論がなされて標準が開発されたが，インターネット系

zation Sector）の IPTV 要件でも，このリモートマネジのメタデータの処理系や配信環境への適応という側面でメントが必須の要件となっている．リモートマネジメン

はまだ十分な検討がなされていない．既に確立されつつトでは，管理対象のデバイスメタデータ，クラスの定義

ある RSS/Atom フィードの流通環境や，これらをもとと，これらのメタデータをリモートで照会，操作するたに実現されているコンテンツ配信環境を有効に利用する

めのリモートマネジメントプロトコルが要となる．このことにより，普及が加速される可能性がある．

リモートマネジメントのプロトコルとして，古くは3.1.3 通信系コンテンツのメタデータ

SNMP（Simple Network Management Protocol），DMI

通信系のセッション記述には古くから IETF 標準の（Desktop Management Interface） 等 が あ り， 最 近 のSDP が利用されており，3GPP により拡張されたもの

IPTV シ ス テ ム の 標 準 化 に お い て は，DSL Forum のが NGN 上のセッション制御のフレームワークである

TR-069 が注目されている．

IMS にも採用されている．放送携帯融合サービスを目指

3.3.2 CIM/DMI

す DVB（Digital Video Broadcasting）-CBMS（Conver-

DMI［25］は，DMTF（Distributed Management Task

gence of Broadcast and Mobile Services）［18］ で は，Force）が規定したパソコンやそのリソース，周辺機器等

TV-Anytime メタデータと SDP を統合している．IMS/を管理するための標準インタフェースである．システム

132

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

ビスに関するメタデータを新たなパラメータとして拡は CIM（Common Information Model）［26］で規定され張，追加定義することもできるようになっている．ソフ

る．SNMP の MIB（Management Information Base）に

トウェアの構成 / 更新管理機能は，署名付きパッケージ相当する管理情報のことを，DMI では MIF（Manage-

ングフォーマットにソフトウェアやファームウェアのイ

ment Information Format）と呼び，この MIF を提供すメージファイル，及び，起動スクリプトを格納し，それるコンポーネントとその管理ツールの間を仲介するソフを CPE にダウンロードして，バージョン更新する機能

トウェアレイヤが DMI となる．

である．稼動状況（パフォーマンス）
モニタリング，リモー

3.3.3 TR-069

ト診断機能は，CPE の稼動状況，パフォーマンスを表DSL Forum が策定した TR-069［27］は，ホームネッ

現するパラメータや，リモート診断のためのパラメータ

トワークに設置されたデバイスである CPE（Customerの値を照会する機能である．

Premises Equipment）と ACS（Auto Configuration

TR-069 では，ゲートウェイデバイスとしての CPE

Server）との間でやり取りされるプロトコルである（図の デ ー タ モ デ ル を 規 定 し て い る が，DSL Forum の3）．TR-069 により，CPE の自動構成管理をセキュアに

WT-135 では，更に，IPTV，STB（Set Top Box）のデー実現することができ，各種管理機能を組み込むためのフ

タモデルを定義している．これらのデータモデルは，アレームワークが提供される．

プリケーションやサービス特有の要件により必要となる

TR-069 で実現されるリモートマネジメントの機能には，パラメータを自由に追加，定義できる．例えば，管理対・サービスアクセス情報告知

象の IPTV ターミナルに関連する，ネットワークメタ・ソフトウェアの構成 / 更新管理

データに分類される QoS メトリックスを収容するデー

・稼動状況（パフォーマンス）
モニタリング

タオブジェクト等を追加することができる．データオブ・リモート診断

ジェクトのパラメータはオブジェクトモデルにより表現等がある．

論評・サーベイ論文の構成要素間で管理情報をやり取りする際の共通モデル

され，オブジェクトモデルは階層的に構成される．これ

サービスアクセス情報告知機能は，CPE に対してサーらの構成要素を拡張して，様々なサービスにおいて利用

ビスにアクセスするために必要なパラメータを提供するされる複雑なデバイスクラスを定義することができる．

機能である．TR-069 では，CPE ベンダー，モデル，バー

TR-069 には，データオブジェクトの値を照会，更新

ジョン等の条件をもとに，対象のデバイスを特定してパする際の SOAP（Simple Object Access Protocol）によ

ラメータの変更をかけることができる．更に上位のサーる RPC（Remote Procedure Call）インタフェースの定

ACS:
Auto Configuration Server

義がある（図 4）．このインタフェースを実装することにより，オブジェクトレベル，オブジェクトの属性レベル，
インスタンスのグループレベルでの設定 / 更新 / 削除を

TR-069Remote Management Protocol
Broadband Network

行う．また，オブジェクトや属性の値の更新が起こった
場合の，能動的，受動的な更新通知のインタフェースも定義されており，ネットワークメタデータとしての QoS
パラメータの値の変更通知等にも応用できる．
こ の TR-069 は，ITU-T（SG16Q21） で 採 用 さ れ，IPTV プ ロ ト コ ル 標 準 を 開 発 し て い る DVB-IPI（IPCPE:
Customer Premises Equipment

Infrastructure）や，ATIS（Alliance for Telecommunications Industry Solutions） の IIF（IPTV Interoperability Forum）等でも，リモートマネジメントのリファ
レンスと位置づけられている．

図3

TR-069 におけるリモートマネジメント

3.4 コンテンツ識別子
放送通信融合環境においては，異なるネットワーク，
サービスから提供されるメタデータプロファイルの統合ばかりでなく，コンテンツ識別子の体系を共通化するこHTTPとも必要となる．コンテンツ識別子は，それぞれのサー

SSL (TLS)

ビスプロバイダごとに独立に管理されることが一般的で

TCP/IP

図4

TR-069 スタック

論評・サーベイ論文：放送通信融合とメタデータ

あるが，シンタクスやフォーマットを統一することのほ
かに，ネットワーク，サービス透過にコンテンツの一意性が保証されるような運用体系の共通化が望まれる．本

133

小特集❷

SOAP-RPC節 で は コ ン テ ン ツ 識 別 子 の 標 準 の 一 つ で あ る ISAN
（International Standard Audiovisual Number）の説明を行う．

ISAN 1881-66C7-3420-0000-7
16 進 12 けた /48 bit

3.4.1 ISAN の概要

16 進 4 けた /16 bit（コア）（エピソード）ISAN［28］
は，
映像作品に対する識別子の標準である．
映画，プレビュー，テレビ番組，教育用映像，コマー

16 進 8 けた /32 bit

シャル等に対して，世界レベルでユニークな 16 進 16 け
た 64 ビットの識別子が割り当てられる．日本語吹き替
え版や英語字幕版等の言語 / 編集の異なるバージョンを（バージョン）
V-ISAN 1881-66C7-3420-0000-7-9F3A-0245-U

図5

識別するには，更に，ISAN Version Identifier と呼ば

ISAN の構造

れる 16 進 8 けた 32 ビットの識別子を追加して識別子を構成する（以降この V-ISAN を ISAN と呼ぶ）
（図 5）．

ISAN Central Repository

ISAN は，ロイヤリティの自動分配，利用状況の追跡等に利用されるが，ISAN の発行は，著作権の登録過程や所有権の証明とは無関係である．

ISAN& 標準メタデータの登録 / 更新

3.4.2 ISAN に登録するメタデータ

ISAN RAISAN を発行してもらうには，
登録者は RA（Registra-

メタデータ
スキーマの登録 / 更新

tion Authority）から認定を受けた後，登録料を支払い
ISAN 発行を要求する．要求の際には，採番対象のコン

RSP

テンツの記述メタデータ（Descriptive Information）を登録しなければならない．記述メタデータの主なものは，
以下のように定義されている．
コアワーク（Core work）
について

ISAN&
標準メタデータ

登録 /
更新記録

付加的
メタデータ
の登録

ISAN&
メタデータ
照会要求

付加的
メタデータ

Title

Al tern ative title in other lan guage(s)Original l anguage(s)Other l an guage versio ns(s)Alternate titles(s)Duration

Year of referen ce

T ype (featu re film, comm ercial, etc.)

Year of 1s t publication

Kind (l ive action , animated o r bo th)

Director(s)Pro duction com pan y

Registered readers ）と， Registrants である． Public

Cast m ember(s)Pro duction co untry

readers クラスは，ISAN からタイトルの照会，タイト

Producer, scriptw riter o r oth er(s)Supplem en tary info rm ation

ルによる ISAN の検索のみが許されている． Registered

エピソード（Episode）
について

Registrant

User

図6

ISAN RAラ ス が 定 義 さ れ て い る． User （ Public readers ，readers クラスは，ISAN RA に登録したユーザで，利用料金を支払うことで，ISAN から記述メタデータの照Title of entire serial AV w ork

Episode nu mber

Title

Cast m ember(s)Year of reference

Pro ducer, scriptw riter o r other(s)

索結果が返信される． Registrants クラスは，コンテンYear of 1st publication

Duration

ツ及び記述メタデータを登録して ISAN を発行してもDirector(s)Supplemen tary inform atio n

らうことができるユーザで，照会については Registered

エピソードから派生したバージョン（Version）
について
V ersion descriptive nameSpo ken language(s)Title

Written language(s)会，記述メタデータによる ISAN の検索ができる．RAへの照会要求に応じて，XML ファイルに格納された検readers と同様のサービスが提供される．
これら，ISAN や記述メタデータの登録，照会，更新
サービスは，地域ごとに運用される RA が提供する．
RA は， Central Repository のデータベースの分散フロ

S upplementary description and its IS AN registered XML schema

ントエンドの役割を担う．各 RA は，標準的な記述メタ

3.4.3 ISAN データベースの照会

データ以外にも，独自に定義したメタデータスキーマに

こ れ ら 標 準 の 記 述 メ タ デ ー タ と 対 応 す る ISAN がCentral Repositoryのデータベースで管理される（図6）．このデータベースを照会するユーザには，三つのク

134

基づくメタデータを提供することができる．この機能は，RSP（Resolution Service Provider）が提供する．RA はユーザから付加的なメタデータの照会要求を受けると，

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

サービスアクセスポイントを返す．ユーザは，RSP に対して付加的なメタデータの照会を行う．

されている．
4.1.1 放送通信融合と TV-Anytime メタデータ
放送通信融合の流れとテレビ番組等の放送コンテンツ

3.4.4 ISAN の展開状況の IPTV サービスの盛り上がりに後押しされて，TV-

既に，米，欧州，豪，南米等各地域ごとに，ISAN-

Anytime メタデータ［29］が，この融合環境で利用されRA が運用されている．また，コンテンツマネジメント

るメタデータ標準として注目されている．TV-Anytime

システムの機能として，ISAN のサービスと連携して，

メ タ デ ー タ は，TV-Anytime フ ォ ー ラ ム で 開 発 さ れ，ISAN 発行，記述メタデータの登録等がサポートされつ

DVB で の 審 議 を 経 て，ETSI（European Telecom-

つある．コンテンツマネジメントシステムとメディア再munications Standards Institute）標準となった規格であ

生アプリケーション，RSP サービスとの連携によりメる．TV-Anytime メタデータでは，放送コンテンツに

タデータ生成，照会が容易となり，ISAN とそれを核と適用される ECG（Electronic Contents Guide）に利用すするメタデータプラットフォームの普及が加速されるこる汎用的なメタデータを目指して，典型的なサービスモとが期待されている．

デルを前提にしてメタデータの要素の構造を表現するス

論評・サーベイ論文

ISAN に ひ も づ く 登 録 レ コ ー ド に 登 録 さ れ る RSP のキーマが開発された．ただ，適用対象のサービスによっ

4．放送通信融合環境におけるメタデータの技術課題ては，前提としたモデルでは充足できないもの，あるいは，冗長なものが出てきた．TV-Anytime メタデータ

以上のような標準化により，同じアプリケーションドをもとにスキーマを開発している標準化ワーキングの中

メインの中のサービス，システム間でのメタデータの共には，オリジナルのスキーマから必要なメタデータ要素

有が容易になりつつある．しかし，同じドメイン内で利を取捨選択，あるいは，追加補充して拡張スキーマを定用される同じカテゴリーのメタデータであっても，表現

義 す る と こ ろ も 出 て い る． 例 え ば，DVB に は，TV-や言語の違い等によって内容の比較が困難な場合が少な

Anytime メ タ デ ー タ を も と に 開 発 作 業 を 進 め て い る

くない．メタデータ標準の多くが独自の語彙で規定され

ワ ー キ ン グ と し て，GBS（Generic Data Broadcastingているためである．このため，異なるメタデータ標準間
ではインタオペラビリティがないか限定されたものとなってしまっている．インタオペラビリティを確保するためには，ドメイン内はもとより，ドメインをまたがる

メタデータ利用
アプリケーション

メタデータの語彙を共通化することや，語彙の対応関係

統合 APIを定義する必要がある（図 7）．語彙の違いは変換辞書を作成することにより吸収できる．また，これらメタデー

メタデータゲートウェイ

タの共通化，対応付けを定義すると同時に，これら複数の異なるドメイン間のメタデータを統合して検索，取得

同一クラスの語彙の共通化
語彙の対応付けするためのプロトコル，API であるメタデータゲート
ウェイの実装方式の確立も重要となる．更に，メタデー
タを利用するアプリケーションを効果的に展開するため

共通語彙
変換辞書

には，より精度の高いコンテンツメタデータを生成できる環境が求められている．
4.1 メタデータインタオペラビリティの課題

異なるクラスの語彙の共通化
語彙の対応付けこれまでは，各サービスドメイン，ビジネスドメイン
ごとにメタデータが開発されてきた．放送通信融合の進展により，複数のメディアをまたがってコンテンツが配

コンテンツ
メタデータ

信されるようになるにつれ，メタデータに対してもメ
ディア透過，ドメイン透過なインタオペラビリティが求は，複数のレベルがある．例えば，放送通信融合の流れの中で最近注目されている TV-Anytime のメタデータのプロファイリングにおいては，単なるデータ要素の名前の意味レベルから，複数の要素 / 属性からなる XML
スキーマの構造，辞書定義等，いくつかのレベルが検討

論評・サーベイ論文：放送通信融合とメタデータ

同一ドメインの異なる規格，
あるいは，異なるドメインで定義されたメタデータ標準

図7

小特集❷

サービス
メタデータ

められることになる．インタオペラビリティのレベルにネットワーク
メタデータ
デバイス
メタデータ

メタデータの共通化と統合

135

a n d S e r v i c e I n f o r m a t i o n P r o t o c o l s ）， I P I （ I Pしている．例えば，DVB-CBMS では，3GPP で検討さInfrastructure），CBMS がある．それぞれ，放送波のれてきたメタデータをもとに，既に定義された要素，属MPEG2-TS（Transport Stream）上，ブロードバンド

性を再利用してデータモデルを拡張した．例えば，TV-

IPTV プロトコル上，携帯 IP 放送プロトコル上のコン

Anytime メ タ デ ー タ に は サ ー ビ ス を 表 現 す る

テンツ配信サービス向けに TV-Anytime メタデータのServiceInformation があるが，CBMS では， Service

プロファイリングと転送プロトコルを規定している．

というクラスを定義している． Service

GBS［30］と IPI［31］はオリジナルをもとにプロファイ

リジナルの ServiceInformation クラスにない，詳細なルを規定しているが，CBMS では，携帯放送のサービ

サービスの属性記述が可能となっており，また，オリジス要件に合わせて，TV-Anytime メタデータのモデル

ナルの Service と意味が異なる．

クラスは，オと要素をもとに 3GPP で開発されたメタデータを組み

ここで問題となるのは，それぞれのサービス要件の違合 わ せ て 独 自 の ス キ ー マ を 開 発 し た． ま た，CEA

いから，想定されるデータモデル，クラスに相違が生じ（Consumer Electronics Association） で は，OpenEPGていることである．同じレイヤと思われているクラスにというメタデータ標準化ワーキングでは，TV-Anytime

期待されるプロパティのセットでさえ異なる場合があ

メタデータの要素の一部を引用してスキーマを開発してる．TV-Anytime では，想定される要件をすべて充足

おり，国内では，ARIB（電波産業会）のサーバ型放送

すると思われる典型的なプロパティのセットを定義しよの規格化作業において，サーバ型サービス特有のコンテ

うとしていたが，すべてのサービス要件を網羅するのはンツのパッケージングに関する要件を満たすためにオリ難しい．各標準化ワーキングでは，独自にスキーマを拡

ジナルの TV-Anytime メタデータに新たな要素を追加張して必要なプロパティを追加したが，ハイブリッドなした［32］．このように，スキーマのバリエーションが増

受信環境でサービス共通にコンテンツデータベースを構

えると，複数のサービスを受信するクライアントアプリ

成する際には，このデータモデルの相違が問題となる．

ケーションにおけるメタデータの互換性が損なわれ，メ

DVB では，今後のメタデータ標準開発に共通に利用す

タデータ処理系の実装に負担がかかる．一方，コンテンるためのデータモデルを再度検討すべきであるという主ツを配信するネットワーク側では，NGN のような次世張もある．共通のデータモデルの定義のためには，ハイ

代ネットワークインフラが整備されつつあり，複数のアブリッドな受信環境における，複数のサービスからコン

クセス網から提供されるコンテンツ配信サービスをシー

テンツを取得する際のユースケースの解析が必要となる

ムレスに検索して所望のコンテンツを取得できるようなため，新たなアドホックグループを起こして要件分析をサービスがマーケットに展開することが期待されてい始めた．

る．例えば，ITU-T の FG-IPTV（Focus Group IPTV）

上で述べたデータモデルとは異なるレイヤとして，［33］における IPTV クライアントの要件でも，異なる

データモデルを表記する XML スキーマのレイヤがあネットワーク，アクセス網から提供される IPTV サー

る．一般に，XML スキーマの拡張方法にはいくつかのビスをシームレスに受信できることが求められている．

方法がある．この拡張方法の柔軟性のために，リージョ

こ の よ う な ハ イ ブ リ ッ ド な 環 境 に お い て は，TV-

ンごとや，アプリケーションドメインでの細かなニーズ

Anytime メタデータのような放送系標準メタデータをに基づくデータモデルの拡張に対して，複数のバリエー

IPTV 系に応用し，共通化を図るべきという要件が挙げションのスキーマが定義されてしまう可能性がある．こられている．

のため，オリジナルのスキーマをもとに，それを拡張す

このような流れを考慮に入れて，DVB では，DVBる場合の制限を設けている仕様もある．例えば，DVB-

内で開発している地上波放送，ブロードバンド IPTV，

CBMS では，いくつかのスキーマ拡張の際の制限事項

携帯 IP 放送による異なるメディアからのサービスを受とともに，代替グループの利用やインポートの際の型の信するクライアントを想定した共通のメタデータプロ

再定義については禁止し，既存の型からの制限 / 拡張にファイル，並びに，処理系 / フレームワークの検討を始よる派生についてのみ許可している．このようにスキーめた．データモデル，メタデータスキーマ，メタデータ

マ拡張方式をあらかじめ制限しておくことにより，ス

更新方式，識別子管理 / 識別子解決方式，辞書管理といっ

キーマ拡張のバリエーションが拡散することをある程度たカテゴリーでの共通化を検討している．

抑えることができる．

4.1.2 データモデル・メタデータスキーマの共通化

4.1.3 メタデータ更新方式の共通化

各 種 標 準 化 ワ ー キ ン グ で は， オ リ ジ ナ ル の TV-

メタデータを配信した後に，オリジナルのメタデータ

Anytime メタデータモデルをもとに，それぞれのスコーに更新が生じた場合には，その更新情報を通知する必要

プのサービス要件に合わせてデータモデルの再定義，拡がある．更新を通知するためには，更新が起こったメタ張を行い，辞書（Classification Scheme：CS）
項目も追加

データを識別し，どのように更新するかについての情報

136

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

<TVAMain>…
<ProgramInformation
fragmentId=xxx
fragmentVersion=yyy…>…プログラムのメタデータ…
</ProgramInformation>…
</TVAMain>

図8

TV-Anytime メタデータのフラグメント（Uniform Resource Name）で識別される．TV-Anytime
では，この CS を登録し，公開する運用方法を規定していない．そのため，仕様に記載されている CS 以外に，それぞれのサービスドメインや地域で必要となった辞書
項目を追加規定し，独自に CS を拡張して勝手に URN

論評・サーベイ論文

メタデータインスタンスの
アトミックな更新単位の識別とバージョン管理を定義する場合があり，意味的に似たような辞書が氾濫するおそれがある．異なる CS 名前空間の辞書項目の同一性，類似性の管理等，辞書管理は非常に重要な領域であり，ETSI の TV-Anytime メンテナンスワーキング
でも，CS 拡張のためのガイドライン整備が課題となっている．
4.1.7 複数のオントロジーの統合が必要となる．TV-Anytime では，更新のアトミック

上で述べた標準化は，同じアプリケーションドメインでな単位を Fragment と呼び，この Fragment に割り当

メタデータセットを標準化することによりメタデータの相てられる識別子とバージョン情報により更新単位を特定

互運用性を図るアプローチ，オントロジーの標準化である．

し，そのバージョン管理を実装できるようにしている（図

一般に，オントロジーの標準化は困難であるという認識が8）．ハイブリッドな受信環境では，異なるサービスからある．オントロジーは文化，社会制度上の違いや，ビジネ提供されるメタデータのデータモデルの違いから，このススキームの違いにより，地域や時間によって異なる傾向

更新単位が異なる場合がある．複数のサービスから提供がある．メタデータの標準化においても，メタデータセッ

される同種の対象コンテンツのメタデータについては，

トの標準化ばかりでなく，今後は，複数のオントロジーをその更新伝搬及び同期の整合性が保証されることが望ま

統合するというアプローチである，情報の意味的統合といしい．

う研究領域での進展や，セマンティックウェブの研究成果

4.1.4 識別子の共通化
それぞれの標準化ワーキングでは，サービス要件に合をもとにした展開に期待が集まっている．
4.2 メタデータゲートウェイの課題

わせて，サービスやコンテンツの識別体系を独自に定義

アプリケーションが複数のドメインの異なるメタデー

している．ハイブリッドな受信環境で，異なるサービス

タソースから必要なメタデータを検索して引き出すためから提供される同一のコンテンツを特定するには，これのインタフェースを提供するものをメタデータゲート

らの異なるサービスの間の識別子の間のマッピング，識ウェイと呼ぶ（図 9）．メタデータゲートウェイは，融合別子解決の機構を実装しなければならない．

サービスを利用する環境においては必須の機能となる．

4.1.5 ロケーション解決の共通化

メタデータゲートウェイは，メタデータ標準ごとに異な

TV-Anytime では，コンテンツを記述するレイヤとるクエリープロトコルを透過にアクセスする API によは別に，コンテンツのインスタンスを記述するレイヤをり実現する方式と，メタデータアグリゲーションにより定義している．ここには，インスタンスの識別子として実現する方式の組合せで実装される．いずれの方式も，URL（Uniform Resource Locator）が採用されている．

メタデータ標準間のインタオペラビリティが確立されてただ，この URL だけでは対象を特定できない場合があいないため，実装が複雑になるという問題がある．
4.2.1 クエリープロトコル透過な API

式を記述するために，新たにその情報を格納するクラス

メタデータ標準には，各々の標準に特化したメタデー

を追加定義する場合がある．IPTV 系マルチキャストス

タ検索，配信のためのプロトコルが定義されている．異トリームやその上で転送されるファイルのアドレス解決

なるドメインのメタデータのマッチングを行うような場はもとより，放送系の MPEG2-TS 上のアドレス解決や，合，アプリケーションに複数の異なるメタデータ検索，

携帯放送系のアドレス解決に共通に利用できるような，取得プロトコルを実装しなければならない．メタデータ

URL により統一されたアドレス表現の運用，解決に必ゲートウェイとその API には，これらプロトコルの違要なパラメータの表記方式の統一が望まれる．

いを吸収する機能が求められる．

4.1.6 辞書定義の共通化

メタデータゲートウェイは，不均一なメタデータソー

TV-Anytime では，辞書定義に MPEG7 で定義されスからのメタデータを統合してアプリケーションに提供

た CS を 採 用 し て い る．CS は， 統 制 語 彙（Controlledするものである．この統合の意味は，
単にアプリケーショ

terms）を規定するためのツールで，階層構造をもった統ンからのメタデータアクセス要求に応じて，複数の異な制語彙リストが定義できる．それぞれの CS は，URN

るメタデータソースに対してクエリートランスレーショ

論評・サーベイ論文：放送通信融合とメタデータ

137

小特集❷

り，それぞれのトランスポートレイヤに依存した解決方

メタデータソース-A

メタデータソース-C

メタデータソース-B

アプリケーションドメイン -1
に対するビュー

アプリケーションドメイン- 2
に対するビュー

メタデータゲートウェイ

アプリケーション

アプリケーション

図9

メタデータゲートウェイ

ンを行うというクエリーの仲介機能ばかりではなく，得るメタデータやブラウザで表示されるコンテンツガイド

られた検索結果からメタデータソースの間の関連性を認のユーザインタフェースにより，コンテンツのナビゲー

識して参照関係を確立しておくというような機能が求めションをプロバイダが直接制御できる．また，エンドツーられる．ゲートウェイにこのような機能が実装されていエンドの認証管理，デバイス管理，コンテンツ配信のると，アプリケーションで実装しなければならないマッQoS 保証が可能となる．一方，ホームネットワークのチングの処理負荷を軽減することが可能となる．

ゲートウェイでサービスが終端される場合には，ホーム

4.2.2 メタデータアグリゲーション

ネットワーク内でコンテンツを管理するホームサーバ，

異なるメタデータソースに分散されているメタデータ

若しくは，このホームサーバと連携してエンドデバイス

を一つのデータベースに集約する実装を 統合化 若しく

で稼動するコンテンツガイドアプリケーションのユーザ

はメタデータアグリゲーションと呼ぶ．この形態は，複インタフェースにより，コンテンツのナビゲーション，

数の異なるメタデータソースのメタデータスキーマからコンテンツの再生制御が行われる．ホームサーバには，

単一のデータベースのスキーマへのマッピングのルール

メタデータゲートウェイが実装されるが，コンテンツガを定義しておき，それぞれのメタデータソースから抽出

イドアプリケーションやメタデータゲートウェイの実装

したメタデータインスタンスのクラス，プロパティ（属いかんによっては，プロバイダ側から提供される様々な性名），データ型を単一のデータベースの対応するクラメタデータの一部が欠落する可能性もある．ホームサー

ス，プロパティ，データ型に変換してから一つのデータバに実装される API やデータベースのスキーマに該当

ベースに格納する．キャッシュされたデータベースの内するクラス，データ要素がなく直接マッピングできない

容を最新の状態に保つため，オリジナルのメタデータ場合である．このようなマッピング，トランスレーショ

ソースの更新を効率良く伝搬するメッセージングシステ

ンの失敗により，サービスプロバイダ側から提供されてムが必須となる．アプリケーションは，この単一のデー

いるにもかかわらず，ホームネットワーク内におけるナタベースに対して直接クエリーを発行する．この単一のビゲーションでは利用できないメタデータが出てくる．

データベースは，アプリケーションが利用対象とするメ

ホームネットワーク内にメタデータゲートウェイを実装

タデータのみに特化したビューを提供するものと位置づする場合には，できるだけ多くの標準的なメタデータ

けられる．例えば，複数の異なるサービスから配信されセットを網羅できることが望ましい．

るコンテンツの蓄積予約を担うアプリケーションは，

4.3 コンテンツメタデータ普及のための課題

サービスメタデータやコンテンツメタデータのスケ

放送コンテンツのメタデータの規格化が急がれていた

ジューリングに必要なメタデータ，並びに，蓄積ディスにもかかわらず，それらのメタデータを配信系で利用す

ク管理のデバイスメタデータのみを利用する．

るアプリケーションが十分に浸透していないのが実情で4.2.3 ホームネットワーク上のメタデータゲートウェ
イの課題ある．主な理由として，的確なプロファイリングが標準化されていないこと，番組生成ワークフローにおけるメタ

ITU-T の IPTV のサービスアーキテクチャの検討に

データ管理体系が確立されていないこと，メタデータ生成

おいて，プロバイダから提供されるサービスのエンドポのモチベーションがあいまいであること，市場の要求に応

イントは，ホームネットワークのゲートウェイなのか，

じたメタデータスキーマのダイナミックな改編をサポート

エンドデバイスなのかという議論がある．サービスがエする標準化フレームワークがないことなどが考えられる．

ンドデバイスで終端する場合には，プロバイダが管理す138

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

ケーション要求を満足する標準的な放送コンテンツのス

リソースに余裕のないデバイス上にメタデータを利用

キーマというものはあり得ないが，でき得る限り既存のするクライアントアプリケーションを実装する際，限ら標準的なデータ構造の要素若しくはその拡張をもとにれたリソースで実現できる機能には制限があるため，そデータベースをデザインするのが望ましい．

こで利用するメタデータも絞り込まなければならない．

4.3.3 メタデータ生成のモチベーション

標準的なスキーマには，様々なアプリケーション要件を

メタデータ生成，管理にコストをかけることに対する考慮に入れて多くの種類のメタデータ要素が盛り込まれモチベーションがあいまいであることも普及を妨げる一ているものが多い．このようなスキーマを利用する場合

因と考えられる．メタデータを戦略的に利用するためのには，それぞれのサービスごとに要素，属性レベルで出方策を，番組提供者やプラットフォーム提供者のビジネ

現数の制限，文字数，とり得る値の制限等の詳細なプロスにおけるメリット，及び，利用者のユーザエクスペリ

ファイリングが必要となるが，この作業がそれぞれのエンス上の効果が明確になるように描けなければならな

サービスドメインで独立に行われている．これらのプロ

い．そのシナリオにのっとって入力するメタデータを取ファイリング作業を加速し，異なるサービスプラット

捨選択し，必要に応じて，標準にないデータ要素やスフォームに対するクライアントアプリケーションの互換

キーマを新しく追加，拡張した上でデータベースデザイ

性を保証するためにも，核となるプロファイルの仕様化

ンに反映し，入力されたメタデータが常に効果的な内容が望まれる．

であるか否かをチェックする．追加されたメタデータ要4.3.2 統合的なメタデータ管理体系

素については，他のベンダーのシステムのとの互換性を放送コンテンツのメタデータの生成コストの問題が指維持しなければならない場合には，参照したメタデータ

摘されることが多いが，コンテンツプロバイダにおいて標準のメンテナンスワーキングに提案する．また，シナは数多くのメタデータが生成される．それらの中には，リオにのっとった統一されたポリシーのもとでメタデー

利用者のコンテンツ検索に利用できるものが多く含まれ

タ生成，調整，メンテナンスを行えるようなメタデータ

るが，データベースのシームレスな連携がなされていな

生成管理ワークフローの確立も急務である．

いため有効活用できていないのが現状である．番組生成

4.3.4 スキーマの成長をサポートするフレームワーク

から配信に至るワークフローにおいては，番組の企画書，

メタデータはその時々の流行やビジネスニーズに合わ梗概資料，制作情報，権利情報，営業情報，編成情報等

せて変化するものでもある．番組の基本情報となるメタ

多くのメタデータがそれぞれの工程で個別に生成されデータは，ある程度普遍的なものとなるが，放送コンテ

る．ただし，それらが統一的な管理体系のもとでデータンツを核にして，関連するサービスや商品にひもづける

ベースに格納されているわけではなく，異なるフェーズ

ためのメタデータ等，異なるビジネスドメインにおいて，において異なるメタデータ生成ポリシーのもとで管理さ新たなニーズにより追加されるメタデータもある．これれる．これらの工程にかかる複数のコミュニティの間でらメタデータのダイナミックな側面を可能な限りフォは，同じ名前のメタデータ要素が異なる意味に利用されローできるようなメタデータ標準の拡張及びメンテナン

る場合があり，また，スキーマも統一されていない．標スプロセスの確立が望まれる．
Web2.0 のキーワードの一つである，フォークソノミー

れるデータ構造のフィールドに入力されるデータそのも（folksonomy：folks（人々）と taxonomy（分類法）を合ののシンタクス上のルールや値の制限が統一されないま

わせた造語）とは，コンテンツの分類，意味付け（タグ付

まデータが生成されることが一般的である．インデクシ

け）を，コンテンツ提供者側が行うのではなく，ユーザ

ング，検索の便宜を図るためには，ある程度管理されたが行うことを意味する．このタグシステムを実装する

統制語彙から値を選択するのが望ましい．入力値のばらサービスが普及することにより，ユーザ視点，同一嗜好

つきは，一つのエンティティ内の異なる制作フェーズでをもつコミュニティに最適化されたコンテンツの分類，

メタデータを生成，共有する場合に非効率になるばかり

検索が可能となる．このようなユーザが主導するメタでなく，異なるエンティティ，例えばコンテンツプロバ

データ，あるいは，辞書生成管理のスキームを利用できイダから，コンテンツシンジケーションサービス，配信

るようなメタデータフレームワークの標準化も必要であサービスまでの様々なサービスプロバイダとの間でメタる．提供者側のタグ付けと，ユーザやコミュニティ側のデータを交換する場合にも問題を起こす．スキーマ，及

タグ付けは，互いに異なる特性をもつため，相互に補完

び，値のバリエーションは，データベースを利用するア

可能な関係にある場合が多い．放送系メタデータというプリケーション側の実装負担や検索処理のコストを上と，提供者側からの観点のみでのメタデータが生成されげ，せっかく付与したメタデータを有効活用することがる傾向があるが，コンテンツ流通，到達範囲を広げるた

できなくなるおそれがある．もちろん，すべてのアプリ

めには，ユーザ参加型のソーシャルデータベースを積極

139

小特集❷

準的なスキーマを利用した場合でも，スキーマで定義さ論評・サーベイ論文：放送通信融合とメタデータ

論評・サーベイ論文

4.3.1 核となるプロファイル

的に活用できることが重要となる．

5．む

す

び

コンテンツ配信サービスを展開する上での差異化要素
として，固定 / 携帯融合環境を提供するキャリヤやサー
ビスプロバイダが介在する，ホームネットワーク上のデバイス群と連携した新しいサービスが注目されている．
この不均一な環境におけるサービスを実装する場合に，コンテンツやサービスのメタデータ，ユーザのプロファ
イルはもとより，デバイスやネットワーク等，関連するメタデータ標準が，プラットフォームによらない汎用的なアプリケーション開発の鍵となる．
現在は，RSS/Atom フィードの普及によりコンテンツ流通の基本プラットフォームとしてメタデータが浸透し始め，放送通信融合の機運の盛り上がりに伴い，TVAnytime メタデータ等の放送系メタデータの実装プロファイルが開発され始めたという段階である．
今後は，コンテンツ再生環境やネットワーク環境のコ
ンテクストを表現するメタデータを含めて，これらメタデータ標準開発が，体系的に，かつ，各標準の間の整合性を図りながら加速されていくことを期待したい．
文

献［1］ ITU-T, Y.2001: General overview of NGN.
［2］ 3GPP, TS23.228: IP Multimedia Subsystem （ IMS ）；Stage2.

［3］ IETF, RFC3261: SIP: Session Initiation Protocol.
［4］ IETF, RFC4566: SDP:Session Description Protocol.
［5］ http://www.rssboard.org/rss-specification［6］ http://www.w3.org/RDF［7］ IETF, RFC4287: The Atom Syndication Format.
［8］ http://search.yahoo.com/mrss［9］ SMPTE, 380M-2004: Material Exchange Format（MXF）
─

Descriptive Metadata Scheme-1.

［10］ SMPTE, RP210: SMPTE Metadata Dictionary.
［11］ http://www.pbcore.org/PBCore［12］ http://www.bbc.co.uk/guidelines/smef［13］ http://www.ebu.ch/metadata/pmeta/v0100/html/

P_META1.0/P_META.html［14］ ISO/IEC, 15938-5: Information technology ─ Multimedia
Content Description Interface ─ Part 5: Multimedia

Description Schemes.

［15］ ISO/IEC 21000-2: Information technology ─ Multimedia
framework（MPEG-21）─ Part 2: Digital Item Declaration.
［16］ ISO/IEC 21000-5: Information technology ─ Multimedia
framework（MPEG-21）─ Part 5: Rights Expression Lan-guage.
［17］ ISO/IEC 21000-6: Information technology ─ Multimedia
framework（MPEG-21）─ Part 6: Rights Data Dictionary.
［18］ ETSI, TS 102 471: IP Datacast over DVB-H: ElectronicService Guide（ESG）．
［19］ ITU-T, G.1010: End-user multimedia QoS categories.
［20］ 3GPP TS 29.208 V6.6.0: End-to-end Quality of Service（QoS）Signalling flows（Release 6）．
［21］ IETF, Internet Draft: Configuration Guidelines for BasicClasses of Managed Traffic.
［22］ ISO/IEC 21000-7: Information technology ─ Multimedia
framework（MPEG-21）─ Part 7: Digital Item Adaptation.
［23］ ETSI, TS 102 822-3-3: Broadcast and On-line Services:140

Search, select, and rightful use of content on personal
storage systems （“ TV-Anytime ”）； Part 3: Metadata;
Sub-part 3: Phase 2 - Extended Metadata Schema.
［24］ OMA Specification: OMA User Agent Profile V2.0, OMATS-UAProf-V2.
［25］ DMTF, DSP0001: Desktop Management Interface
Specification.
［26］ DMTF, DSP0007: CIM Specification 2.2.
［27］ DSL Forum, TR-069, CPE WAN Management Protocol.
［28］ ISO 15706-2: Infor mation and documentation ─International Standard Audiovisual Number（ISAN）─ Part
2: Version identifier.
［29］ ETSI, TS 102 822-1 〜 9: Broadcast and On-line
Services: Search, select, and rightful use of content on
personal storage systems（“TV-Anytime”）；Part 1 〜 9.
［30］ ETSI, TS 102 323: Digital Video Broadcasting（DVB）；
Carriage and signaling of TV-Anytime information in DVBtransport streams.
［31］ ETSI, TS 102 539: Digital Video Broadcasting（DVB）；
C a r r i a g e o f B ro a d b a n d C o n t e n t G u i d e （ B C G ）information over Internet Protocol（IP）.
［32］ ARIB, TR-B27，サーバ型放送 技術資料．
［33］ http://www.itu.int/ITU-T/IPTV［34］ ITU-T, F.750: Metadata framework Recommendation.
［35］ R. Sayre, “ Atom: The standard in syndication, ” IEEE
Internet Computing, vol.9, no.2, pp.71 ─ 78, 2005.
［36］ 亀山 渉， TV-Anytime の技術動向， 映情学誌，vol.58,
no.3, pp.306 ─ 312, 2004.
［37］ M. Kawamori, “ Recent activities of the TV-anytime
forum,” NTT Technical Review, vol.4, no.3, pp.77 ─ 80,
2006.
［38］ J. F. Fleury, “IPTV related standardization activities in
DVB, ” ITU-T IPTV Global Technical Workshop, Oct.
2006.
［39］ M. Kawarasaki and R. Atarashi, “Policy based content
delivery management using metadata,” saint-w, p.272,
2004, SAINT 2004 Workshops, 2004.
［40］ 亀山 渉（監修），デジタル・コンテンツ流通教科書，インプレス R&D，2006.
［41］ 曽根原登，赤埴淳一，岸上順一，メタデータ技術とセマン
ティックウェブ，東京電機大学出版局，2006.
［42］ 今井 秀樹（編著），ユビキタス時代の著作権管理技術─
DRM とコンテンツ流通，東京電機大学出版局，2006.
［43］ 藤澤俊之，川口 透，三木智子， サーバ型放送用メタデー
タ─ ARIB STD-B38 および ARIB TR-B27 について， 映情
学誌，vol.61, no.2, pp.133 ─ 140, 2007.
［44］ 菅野 勝，清水智行， 携帯電話サービス向けメタデータ，
映情学誌，vol.61, no.2, pp.141 ─ 145, 2007.
［45］ 是津耕司， メタデータ検索技術の現状と今後の発展， 映情
学誌，vol.61, no.2, pp.146 ─ 151, 2007.
［46］ 住吉英樹，佐野雅規，八木伸行， メタデータ制作フレーム
ワーク ，映情学誌，vol.61, no.2, pp.152 ─ 157, 2007.
［47］ 川森雅仁， 海外のメタデータに関する動向， 映情学誌，vol.61, no.2, pp.158 ─ 161, 2007.
［48］ 山 岸 靖 明， メ タ デ ー タ 総 説， 映 情 学 誌，vol.61, no.2,
pp.128 ─ 132, 2007.
（平成 19 年 3 月 15 日受付，5 月 22 日再受付）

山岸 靖明▶ 1986 北海道大学大学院工学研究科原子工学専攻了．同年，ソニー（株）に入社．
以来，ハイパメディアシステムの研究，
MHEG の標準化，衛星インターネットの
研 究，PerfecTV! シ ス テ ム の 開 発，TVAnytime の標準化，サーバ型放送の標準化，IPTV 標準開発に従事．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❷

放送通信融合とマルチメディア技術

高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

論評・サーベイ論文

論評・サーベイ論文

Next Generation Video Coding Technologies for Ultra Realistic
Communication

八島由幸

†

Yoshiyuki Yashima†

Summary

ナログ放送は停止され，すべてデジタル放送に移行する．
解像度に関しても放送局などの素材系は既に HDTV に移行してきているが，視聴者宅までの二次分配も含めて

本論文では，NGN 時代の新しい映像サービスとして期待される高臨場感映像通信に向けた圧縮符号化技術について，現状の研究開発状況を概観し，今後の研究開発に向けた課題を論じる．まず最初に，高臨場感映像表現のための要素として，空間解像度，時間解像度，色表現，
画素深度，視点解像度の五つの軸を考え，これらに対すHDTV に完全移行していくこととなる．一方，電波を利用した放送サービスだけでなく，IP ネットワークを利用した映像配信サービスも普及が目覚ましい．光ファ
イバの普及や次世代ネットワーク（NGN）の検討・開発とともに，HDTV クラスの映像を安定的に配信できる

る映像符号化の要求条件を整理する．次に，高臨場感映

仕組みも整いつつある．このような背景のもと，IP ネッ

像表現に必要となる膨大な情報量を効率良く圧縮する手

トワークを利用した放送技術の研究開発［1］が行われて法への取組み状況を紹介する．これには動画像圧縮国際標準方式 MPEG-4 AVC/H.264 をベースとできるが，高臨
場感映像の性質や表現に応じたパラメータ拡張が必要とされる．最後に，ネットワーク環境や視聴環境にシームレスに適合するためにスケーラビリティの概念が重要であることを示し，映像符号化におけるスケーラビリティ

いる．文献［1］においては，IP ネットワークを利用した放送の目指すものとして，現状の電波による放送の要件を満たしつつ，IP ならではの新しい映像サービスを提供することがうたわれている．IP ネットワークならではの映像サービスには，双方向性を利用した視聴情報のを四つの軸，すなわち，画質スケーラビリティ，アルゴ

利用や，Web と連動した新しいサービスなど種々の観リズムスケーラビリティ，アーキテクチャスケーラビリ

点が考えられるが，その一つとして，IP ネットワーク

ティ，映像提示スケーラビリティに分類する．それぞれのスケーラビリティについて現在考えられている実現方
法を詳細に述べ，問題点の抽出と今後の課題を整理する．

Key words
映像符号化，高臨場感映像，IP ネットワーク，MPEG，
AVC/H.264

1．ま え が き

ともにデジタル映像が我々の身近なものとなっている．
地上放送に関しては 2011 年には現在の NTSC によるア
†日本電信電話株式会社 NTT サイバースペース研究所，横須賀市
NTT Cyber Space Laboratories, NTT Corporation, Yokosuka-shi,
239-0847 Japan

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

柔軟に活用・制御できる IP ネットワークならではの映像サービスとなり得ると考えられる［2］．
超高臨場映像については，関連するフォーラム［3］が設立されるなど，産業界も含めて研究開発の機運が高まってきている．超高臨場映像を取り扱う際に重要なキーとなる技術の一つが映像圧縮技術である．2．で述べるように高臨場映像の情報量はこれまでに比べて更に莫大なものとなる．ソースとなる映像表現形式も従来とは異なる可能性も高い．映像符号化技術としては，現在
MPEG-2［4］や MPEG-4 part-10 AVC/H.264［5］（以下
AVC/H.264）が普及しており，地上デジタル放送やワン
セグ放送，DVD，次世代 DVD，テレビ電話／テレビ会
議など産業界でも広く用いられている．しかしながら，超高臨場映像に対しても，MPEG-2 や AVC/H.264 がそのままの形で適用できるのかどうかは大きな課題とし

141

小特集❷

地上デジタル放送や，DVD，携帯端末などの普及との広帯域性を利用した超高臨場映像サービスは，帯域をて存在する．

HDTV で は， 空 間 解 像 度 は 720 × 480 ま た は 1920 ×

本論文では，このような背景のもと，これからの IP

1080，時間解像度 30 フレーム / 秒（frame per second,

ネットワーク映像時代のキラーアプリケーションと見らfps），画素深度 8 bit/pixel，色表現は RGB の 3 原色，視れている超高臨場映像を，映像圧縮技術の観点からとら

点数は 1，というのが一般的である．ナチュラルクオリ

えて現状と課題を明らかにしていく．まず 2. では，現

ティ映像ではこれらの数値がどのように変わっていくだ

状の映像フォーマットを超えるような新たな映像表現形

ろうか．

式を体系的にまとめ，それらに対する圧縮符号化への要

まず第 1 の要素である「空間解像度」の拡張に関して考求条件を整理する．3. では，種々の観点から定義されえてみよう．HDTV の空間解像度は 1920 × 1080 である高臨場映像に対して，現在までに取り組まれている研る．これに対して，HDTV を超える解像度をもつカメ

究開発状況を概観する．更に 4. では，高臨場映像通信

ラやディスプレイが既に開発されてきている．HDTVのために重要となるスケーラビリティに焦点をあてて，の 4 倍の画素数をもつ 4 k × 2 k クラスでは，4 k × 2 k

種々の観点からのスケーラビリティを定義した上で，研カメラやデジタルシネマ［6］などがあり，また，スーパ

究開発の取組み状況を詳細に紹介し，現状の到達点と今ハイビジョン（SHV：Super Hi-Vision）［7］〜［9］では更後の課題を明らかにする．

にその 4 倍の 8 k × 4 k（7680 × 4320）の解像度を有している．大画面向けの映像規格としては前記デジタルシ
ネ マ の ほ か，ITU-R に お け る LSDI（Large Screen

2．新しい映像表現と圧縮符号化への要求条件

Digital Imagery）
映像フォーマット規定［10］や ITU-T に
2.1 新しい映像表現

おける伝送トランスポート規定
［11］
がある．

衛星デジタル放送，地上デジタル放送，民生向けハイ

次に第 2 の要素である「時間解像度」に関しては，前述

ビジョンカメラ，次世代 DVD などの開発普及とともに，の SHV が既に現行標準 TV や HDTV の 2 倍の 60 fps

世の中の映像フォーマットは，家庭に至るまでこれまでを実現している．現行の 30 fps というフレームレートはの標準テレビから本格的な HDTV 時代に突入しようとフリッカが検知されないように設定されたという経緯がしている．一方，スーパハイビジョンや立体といった最あり，必ずしも実際に目で見たものと同じように動きが近の新しい映像への取組みにかんがみると，今後の映像

見えるには十分でない．Spillmann らの神経生理学的観の進むべき方向性は，より高臨場感のあるナチュラルな点から研究した文献［12］によれば，視細胞から出る電気

映像（以降これを「ナチュラルクオリティ映像」と呼ぶ）にパルスは，種々の刺激に対して秒 300 個以上発生しない

向かっている．ナチュラルクオリティ映像の実現のため（文献［12］ではネコによる実験が示されている）．網膜のには種々の要素が関連すると考えられるが，本論文では，細胞の特性から，視覚では 1/200 秒から 1/300 秒の発光

ナチュラル化の要素として図 1 に示すように，「空間解像を認識できるとすると，実際に目で見た動きと同じ映像

度」「時間解像度」「画素深度」「色表現」「視点解像度（視点を再現するためには，200 〜 300 fps の高フレームレー数）」の五つの軸を考えてみる．現行の標準 TV あるいはト映像が必要ではないかと考えられる．実際，高フレー

Original bit rate(uncompressed)
100 Mbit/s

Original bit rate(uncompressed)

Original bit rate(uncompressed)

1 Gbit/s
Spatial resolution

720 480

1920 1080

4 k 2 k, 8 k 4 k

4〜16 Gbit/s

Temporal resolution

30 frame/s

30 frame/s

120〜 300 frame/s

40 Gbit/s

Color representation

RGB 3-components

RGB 3-components

Multispectral

80 Gbit/s

Bit depth
Viewpoint resolution

8 bit/pixel

8〜10 bit/pixel

10〜16 bit/pixel

160 Gbit/s

singlesingleMultiview/3-dimensional

16 Tbit/s

図1

142

ナチュラルクオリティ映像表現

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

来の RGB の 3 バンドよりも多くのバンド，6 バンドや細化する手法の研究［13］や，HDTV を毎秒 300 フレー

16 バンドをもつマルチスペクトルによって映像を表現

ム撮影することのできるカメラの開発［14］が行われてするものであり，視聴環境の変化にも対応した色再現がいる．更に高速な物体抽出のためのチップ開発も行わできるのが特徴である．カメラディスプレイのほか伝送れている［15］．

装置なども試作されている．

ナチュラル化の第 3 の要素である「画素深度」に対して

第 5 の要素である視点の解像度については，現状は基はどうだろうか．現状では RGB それぞれ 8 〜 10 bit で本的に単一視点である．スポーツ中継のように複数のカの表現が一般的である．これはディスプレイに表示した

メラ映像を送り手側が切り換えて送信する場合もある

ときに偽輪郭が検知されないという要求要件に対してはが，視聴者側から見れば自由度はなく一視点といえる．

妥当な値である．しかしながら，このビット数では自然

これに対して，受け手側で自由に視点を変えることので界の光の物理量を正確に表すことはとうていできない

きる新しいテレビジョンの考え方が提案されていし，質感を表現することにも限界がある．このため，る［26］．「自由視点テレビ」と呼ばれるこのシステムは，

CG の世界では以前より，ハイダイナミックレンジ映像

10 〜 100 個のカメラ映像で一つの対象物やシーンを撮（HDRI：High Dynamic Range Image）という形で表現

影して映像を送り，受信側では視聴者が好みの視点から形式が考えられてきた［16］．HDR 映像を効率良く表現の映像を選択して視聴できるものである．また，view

するために，RGBE，LogLuv，OpenEXR などのファinterpolation 技術を使うことで，カメラ視点だけでなくイルフォーマット形式が提案されている［17］〜［19］．

実際にはカメラのない仮想的な位置からの視聴も考えら

また，デジタルシネマ規格では暗いシーンのコントラス

れている．三次元映像という広い枠組みでは，光線記述・

ト表現や質感を出すために 12 ビット表現が用いられる

ワイヤフレームモデルのほか，ホログラムや CT など多［6］．医療診断用の静止画像としては 10 〜 16 ビットが数の立体表現が考えられている．

必要とされる．動画像においても見た目と同じようなク

2.2 映像圧縮技術への要求条件

オリティを再現するパラメータとして今後拡張されるべ

前節で述べたような「ナチュラルクオリティ映像」は，き要素であるといえる．カメラやディスプレイといった映像符号化技術にどのような影響を与えるだろうか．ま

入出力系まで考慮して動画像の見えを現実のように再現

ず，映像を表現するための情報量が莫大に増えるというする研究も行われている［20］．

ことは容易に想像がつく．図 1 にも示したように，現状

第 4 の要素である色表現については，現状は RGB のの HDTV の情報量は非圧縮の場合，約 1 Gbit/s である．

3 原色で表現するのが一般的であり，放送メディアや蓄

これに対して空間解像度が 4 k × 2 k，8 k × 4 k になる

積記録メディアなどは ITU-R BT.709［21］で制定されとそれぞれ 4 倍，16 倍，すなわち 4 Gbit/s，16 Gbit/s

る sRGB という規格に準拠している．しかし最近，よりの情報量となる．一方時間解像度が仮に 300 frame/s に広い色空間まで表現可能な xvYCC と呼ばれる規格が国なれば，現状の 10 倍であるので情報量は 10 Gbit/s，空際電機標準会議 IEC にて IEC 61966-2-4 として制定さ間解像度と時間解像度がともに上がればこれらの乗算でれ［22］，原色により近い色を再現できるディスプレイが効いてくるので 160 Gbit/s という莫大な情報量とな登場している．一方，スペクトル情報をもとにして実物る．更に，画素深度 16 bit 表現だと現状の 2 倍，色表現を見たままの忠実な色再現を行う「ナチュラルビジョン」

を 6 バンド表現にすると 3 倍，100 視点にすると 100 倍と呼ばれるシステムが開発されている［23］〜［25］．従の情報が必要である．

論評・サーベイ論文

ムレート映像の取得方法としてフリッカを抑えつつ高精For Natural Quality Video
Higher efficiency videocoding technologies
than H.264

Variety of video
distribution and observation

Video coding technologies
for a sense of“being there”
Extension ofvideo dimension

小特集❷

Increase of bit rate
for original video

Scalable and reconfigurable video coding
technologies

For HDTV
MPEG-2, H.264/AVC

図2

符号化に求められる研究開発の三つの方向性

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

143このように膨大な情報量をもつ新しい映像に対する符で詳しく述べるが，スケーラビリティの概念は非常に広号化技術に求められる要求条件として，図 2 に示すようくとらえることができ，画像サイズ・画質・ビットレーに，超高圧縮符号化技術・環境適応符号化技術・高臨場

トといった符号化ストリーム形式にかかわるものから，

感映像符号化技術の三つを挙げることができる．以下そ符号化装置の構成方法や演算量，すなわち実現方法にかれぞれの必要性を述べる．

かわるものまで，非常に多様な観点から考えることが重取り扱う映像の情報量が膨大になるため，ネットワー

要である．

ク帯域や蓄積デバイス能力が向上していくとはいえ，非映像符号化に求められる三つ目の要求条件としては，

圧縮そのままの形で映像を扱うことは困難であり得策で映像フォーマット自体が新しくなることへの対応が重要もない．そのため，現状にも増して超高圧縮な符号化技である．従来の圧縮技術は，国際標準を含めて，基本的術の重要性が高まってくる．現在は MPEG-2 や AVC/に現状の標準 TV や HDTV を対象にして設計されていH.264 といった国際標準方式が普及し，非圧縮 1 Gbit/s

る．新しい映像形式が登場すれば，それに適合した新しの HDTV クラスの映像に対しては，それを 10 Mbit/s

い圧縮技術が導入されるべきである．例えば，大画面の以下に圧縮符号化することが可能となってきている．

特性をより積極的に利用したり，多視線映像における複AVC/H.264 では，標準化を行う際に演算量という制限

数カメラ映像から「奥行」という新たな情報を利用するなを大幅に緩和して，画質向上に寄与する符号化ツール，どが考えられる．

すなわち要素技術を極めて多く搭載した．このため，エンコーダ設計の際には演算量をかけて多くの符号化モー3．新しい映像に対する圧縮技術の取組み

ドから最適なものを選択するようにすれば，高圧縮かつ高画質な圧縮が可能である．これにより，AVC/H.264

3.1 MPEG-4 AVC/H.264

は MPEG-2 に比べると 2 倍以上の符号化効率を達成でAVC/H.264［5］
［28］
， ［
，29］
は高効率動画像符号化国際

きる潜在能力をもっているが，ナチュラルクオリティ映

標準として，以降に述べる今後の種々の拡張を考える上

像圧縮のためには更に数倍〜数十倍の効率が求められてで基本になるものであり，ここにその概要を述べておく．

くるため，符号化ツールの更なる拡張とともに，動き補

AVC/H.264 の基本は，他の圧縮標準と同じように，

償（MC：Motion Compensation）と離散コサイン変換

動き補償（MC）とコサイン変換（DCT）を組み合わせたも（DCT：Discrete Cosine Transform）という従来の枠組のである．図 3 にブロック構成を示す．入力映像は 16

みを超えるような斬新な手法の開発が望まれている［27］．

× 16 サイズのマクロブロック（MB）と呼ばれる小ブ

一方，環境への適応化も重要である．新しい映像形態

ロックに分割され，MB ごとに符号化処理が施される．

が一気に市場に普及することはなく，また，視聴するネッ

MB ごとに検出された動きに従って既に復号済みのフトワークや端末の環境は視聴者ごとに異なる．視聴者ごレームから動き補償フレーム間予測が行われ，動き補償とに映像コンテンツを作成していては，作成／蓄積コス

予測差分信号が計算される．動き補償予測差分信号は 4トやコンテンツ管理コストが高くなるため，様々な環境

× 4 あるいは 8 × 8 サイズのブロックごとに整数 DCTに柔軟に適合できる符号化形式が求められる．このようが 施 さ れ， 量 子 化 処 理 の 後， コ ン テ ク ス ト 適 応 型 のな機能は一般的に「スケーラビリティ」と呼ばれる．4．

VLC あるいは算術符号化がなされる．量子化処理後のPrediction- interframe(I/P/B)- intraframe

CAVLC
CABAC

Integer DCT
- 4x4
- 8x8
Prediction
error

Input Video−

Bitstream

DCT

Q

EC
IQ

Reference
Video

IDCT
+

Variable block size
- 16x16/16x8/8x16/8x8/
8x4/4x8/4x4- multiple reference frame

ME

MC
VM

Locally decoded video

図3

144

DCT: Discrete cosine transform
Q:Quantizer
IQ: Inverse quantizer
IDCT: Inverse DCT
VM: Video memory
ME: Motion estimation
MC: Motion compensation
EC: Entropy coding

H.264 エンコーダの基本構成

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

号性質があり，映画ならではの表現の一つとしてとらえ像と加算されることで復号映像となり，次のフレームのられているが，信号的には雑音と同じような信号成分で予測参照映像として利用される．一方，動きが複雑で予あり圧縮が非常に難しい．そのため圧縮前に雑音を除去

測が当たらない場合にはフレーム内予測が行われる．符

してデコード側でフィルムグレインを付け加える手法

号化処理対象 MB と時間的に同一のフレームで，既に［33］や，フィルムグレインを消さないようなエンコード

符号化済みの画素によってフレーム内予測が施されて予制御手法［34］などが研究されている．

測残差を得る．フレーム内予測残差はその後，フレーム

一方，超高精細映像に対しても，AVC/H.264 をベー間予測の場合と同様に処理される．以上が AVC/H.264

スとして高い符号化効率を追及していくことが課題との基本構成である．以下の 10 項目は HDTV を符号化なっている．空間解像度，すなわち画素数が従来より増する場合の AVC/H.264 のベースとしてよく利用される

え た だ け と い う 観 点 か ら 見 れ ば，MPEG-2 や AVC/

Fidelity Range Extension（FRExt）の大きな特徴となっH.264 をそのまま適用することが可能である．例えば 4ている．

k × 2 k コーデック［35］や 8 k × 4 k の SHV コーデッ

（ 1 ） MB における動き補償ブロックサイズを七つのパ

ク［36］はその一例であり，既に装置化され実検証もされターンから選択（可変ブロックサイズ動き補償）ている．しかしながら，これらの超高精細映像について，（ 2 ） 重み付き予測の導入（フェード等への対応）

画素相関性などの統計的性質は従来の HDTV とは異な（ 3 ） 時間的に前後の任意の 2 枚のフレームから予測る．そのような特性を符号化パラメータの設計に積極的可能（B ピクチャからの予測も可能）（ 4 ） 1/4 画素精度動き補償に生かしていくことが重要である．
前述したように AVC/H.264 では符号化の単位として（ 5 ） フレーム内予測パターンは 13 種類から選択

最大 16 × 16 サイズのマクロブロックを用いている．ま（ 6 ） 周波数変換に整数型の DCT/IDCT を利用た，DCT のサイズは最大 8 × 8 である．しかしながら，（ 7 ） DCT サイズは 4 × 4 と 8 × 8 の 2 種類

4000 × 2000 や 8000 × 4000 といった超高精細映像に対（ 8 ） 量子化マトリックスの導入

しては，画素間相関やブロックごとに必要となるサイド（ 9 ） コンテクスト適応型算術符号化の導入

情報の増加などの理由により，これらのブロックサイズ（10） デブロッキングフィルタ

は小さすぎるという指摘がされている［37］〜［39］．こAVC/H.264 は多種多様な符号化ツールを搭載していれを踏まえて，松村らは，最大マクロブロックサイズをるため，エンコード側でこれらのツールを使いこなす，32 × 32，64 × 64 へと拡大する手法について検討してすなわち最適化していくことが重要なポイントとなる．

おり，ビットレートが低くなるとマクロブロックサイズ

最適化すれば MPEG-2 の 2 倍以上の符号化効率となり，拡大の効果が大きいことを実験的に示した［37］．どの程高画質を維持したまま HDTV 映像を 10 Mbit/s 以下に度のマクロブロックサイズが適当かは，量子化ステップ

圧縮することが可能なため，IPTV や地上デジタル放送

サイズ（すなわちビットレート）及び DCT 係数の符号量の IP 再送信向けの映像圧縮方式として検討されていると相関性があることを明らかにし，既に符号化済みのフとともに，今後の新しい映像に対するベースの符号化手

レームから，符号化対象となっているフレームでの最大法として期待されている．

マクロブロックサイズを決定する手法を示し，低レート

3.2 超高精細映像符号化の場合 50% 程度の符号量削減が可能なことを示してい

デジタルシネマやスーパハイビジョンといったる．一方，Sakaida らは，マクロブロックサイズは 16

HDTV を超える空間解像度を持つ超高精細映像向け符

× 16 のまま DCT に 16 × 16 ブロックサイズを導入す

号化技術の取組みをいくつか紹介する．

る 手 法 を 試 し て い る［39］． こ れ は， 画 素 間 相 関 がデジタルシネマ用の映像圧縮としては DCI 仕様におHDTV よりも強い領域の処理として，従来 4 × 4 サイズの DCT のみであったものを HDTV 向けに 8 × 8 サ
イズの DCT を導入した AVC/H.264 の FRExt 標準化

では編集などの容易性も重要なファクタであり，フレーの過程のアナロジとしてとらえると，自然な拡張である

ム内処理に特化して最適化が図られている JPEG2000といえる．これらの手法は，現在の AVC/H.264 のシンを採用しているのは，シネマに求められる画素深度や色タクスの枠組みを拡張しなければならないが，今後予想

表現などとの親和性も採用の理由である．デジタルシネ

される映像の高精細化にかんがみると，詳細な検討をす

マ向けコーデックは既に装置化もされており
［31］，
［32］，

るに値するパラメータであるといえよう．大画面で見る

デジタルシネマ産業において今後普及が期待される．一場合と，将来低に家庭で超高精細ディスプレイで見る場

方，シネマに特有の符号化研究も行われている．例えば，

合とでも条件は異なる可能性があり，様々な環境下でのデジタルシネマ信号はフィルムグレインという特有の信評価が必要であろう．

145

小特集❷

い て JPEG2000 の デ ジ タ ル シ ネ マ 向 け プ ロ フ ァ イ ル［30］を利用することが決められている．デジタルシネマ

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

論評・サーベイ論文

整数 DCT 係数は逆量子化・逆整数 DCT を経て参照映3.3 高フレームレート映像符号化ている．更に，実画像を用いて同モデルの妥当性も検証

高フレームレート映像の圧縮符号化に関しての研究もしている．フレームレートとフレーム当りの符号量の関

第 1 歩を踏み出し始めた．符号化アルゴリズムやパラ係は図 4 のようになる［41］．フレームレートが高くなる

メータ設計のために統計的性質を明らかにしようというほど 1 フレーム当りの符号量が少なくなることが確認さ試みがいくつか行われている．基本的には MPEG-2 やれ，符号量はフレームレートの 2 乗の逆数及びフレーム

AVC/H.264 などの標準手法を適用することが可能であ

レートの逆数の関数として表現できることが導かれる．

るが，フレームレートが毎秒 100 フレーム，1000 フレー

フレームレートが高くなることで動き検出手法にも工ムと増えるにつれて情報量が増える反面，フレーム間相夫が必要である．フレームレートが高くなると隣接フ関は強くなることが容易に予想される．これを踏まえて

レーム間の時間間隔は極めて小さくなり，数十分の 1 画

どのように符号化パラメータを最適化していくかが一つ素から場合によっては数百分の 1 画素の精度で動きを探のポイントである．また，フレームレートが増えること

索しなければならない可能性もある．しかしながら，小に伴う処理時間の増加をどのように解決するかも課題と数画素精度の動きを検出するための補間画素作成フィル

いえよう．高フレームレート映像に対しては，現状は，タの低域通過特性による制約のため

統計的性質の解明やモデル化，動き特性の解析など基礎度で予測精度は頭打ちになってしまう．坂東らは，図 5的研究が主であり，圧縮符号化も絡めた詳細な検討は今に示すように，フレームが時間的に密に存在することを後の課題として残されている．

利用して，整数精度の変移量による対応付けが可能なフ

1/2 〜 1/8 画素程

高フレームレート映像信号の解析には坂東らが精力的

レームを高速に見出し，見出されたフレームとの間で整に取り組んでいる［40］〜［42］．まず，高フレームレー

数画素精度動き補償をする手法を提案している［42］．

ト映像信号を対象に，フレームレートとフレーム間予測

一方，高フレームレート映像圧縮データを原映像とし誤差信号の情報量の関係について定量的な評価を行うこて一元管理しておき，既存ディスプレイなど様々な条件とを目的として，両者の関係を示す理論モデルを構築しに応じて 24 fps，30 fps，60 fps，120 fps など様々なフレー
ムレートの映像を再生するフレームレートのスケーラビ
リティ技術も今後は重要となる．スケーラビリティ関連
技術については 4. で述べる．

2.4

Bit rate [bits/pixel]

Observed
Theoretical

3.4 マルチバンド映像符号化
マルチバンド映像は，従来の RGB による 3 原色表現

2.0

ではなく波長成分による多原色表現されるため，コン
ポーネント数が従来に比べて増加する．情報量もそれに伴い増加することになり効率的な圧縮が重要となる．マ

1.6

ルチスペクトル映像としては旧来よりリモートセンシン
グ画像がよく知られており，また最近では，前述したよ

1.2

1000

100

Frame rate [frame/s]

図4

うに正確な色再現を目的とした「ナチュラルビジョン」シ
ステムも開発されてきている．これら多バンド映像につフレームレートと画素当りの情報量の関係

いては一つのバンド内の相関だけでなく，バンド間にもtimeTrack of a moving object
Sampling point

Pixel shift(integer
pixel
precision)

Pixel shift from theprevious frame(1/F pixel precision)
Sampling point

Targeted frame

Previous frame

Current frame (to be coded)

Integer precision motion compensation

図5

146

高フレームレート映像に対する動き補償予測

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

論評・サーベイ論文

Multiband video

λ

λ
λ
・
・
・

F1

G1

F2

G2

F3

G3

Wavelet Transform
Wavelet Transform
Wavelet Transform

KL-Transform

Fn

Gn

Wavelet TransformλInter-band compression

図6

Intra-band compression

マルチバンド映像のバンド間／バンド内相関除去の例

相関があるため，これらの二つの相関を利用して圧縮がcamera

行われる手法が考えられてきた．中でも，バンド間相関
換を適用する方法が多く考えられている
［43］
［44］
， ．図 6に概念図を示す．図 6 では先に KL 変換を施しているが，ウェーブレット変換を先に施してからバンド間 KL 変換
する手法もある．文献［45］ではバンド間に重み付き KL

time [frame]に KL 変換を適用し，バンド内相関にウェーブレット変変 換 を 施 し た 後， 変 換 後 の 各 バ ン ド 内 相 関 除 去 にMC(motioncompensation)

JPEG2000 を適用している．
一方，Takamura ら［46］はマルチバンド映像を主成分

DC(disparity
compensation)

分析する際に 3 バンドの可視信号と不可視信号に分離して扱う手法を提案した．この手法では，色差信号成分が

図7

マルチビュー映像における動き補償と視差補償

輝度信号成分の半分の解像度をもつ 4：2：0 形式の汎用的 AVC/H.264 エンコーダでマルチバンド動画像を取り別に符号化手法の研究が進められているのが現状であ扱うための工夫として，二つの 4：2：0 シーケンスを用る．複数のカメラで一つの対象を撮影して受け手側で任意し，可視信号の主成分と不可視信号の主成分を支配的意のカメラ位置からの映像を再生するマルチビュー映像

コンポーネントとしてエンコーダの輝度信号に割り当［26］に対しては，視点ごとの映像の表現形式は通常のビて，その他のコンポーネントをサブサンプルして色差成デオ信号と同じであり，AVC/H.264 の応用が可能であ

分に割り当てることで効率的な圧縮を実現している．

る．マルチビュー映像の場合，図 7 に示すように動き補償に基づく一つのカメラ映像内相関除去とカメラ間の視差信号を同じ解像度のまま扱う 4：4：4 形式の規格が考差に基づく相関除去とを組み合わせて符号化することがえられている．この規格では，符号化効率を考慮して，

しばしば行われる．Yamamoto らはカメラの間の中間画

輝度成分と色差成分に従属関係をもたせず，各コンポー

像を効率良く補間する手法を AVC/H.264 に組み合わせ

ネントを独立に符号化することができる．AVC/H.264

た圧縮方法を検討している［47］．一方，木村らは三次元の 4：4：4 対応プロファイルは，複数の波長成分で構成

空間の情報を空間中を伝搬する光線の情報を用いて記述されるマルチバンド映像に対しての親和性も高いと考えする光線空間法に基づき，カメラを円形状に配置した場

られ，今後適用可能性の検討が期待されるところである．

合には，光線が通過する位置と光線が通過する方向の二3.5 高視点解像度映像符号化

次元空間を考えると，物体上の 1 点がサイン波の軌跡を高視点解像度映像を分かりやすくいえば，三次元への描くという特徴を用い，軌跡に沿った形で DCT を施し

映像次元拡張ととらえることができる．三次元映像に関て圧縮する手法を提案している［48］．また，韓らは，頂しては入力映像フォーマット自体の定義が一意に決まっ点とエッジで構成されるメッシュによって表現された動ているわけではなく，それら多様な表現形式に対して個対象物に対して，従来の動き補償を三次元的に拡張した

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

147

小特集❷

更に，最近では AVC/H.264 において，輝度信号と色手法を試みた［49］．その他，CT のようなボクセル表現

一つの圧縮データストリームがあったときに，そこからされた画像データの圧縮やホログラム干渉じまの圧縮手

一部分のデータを切り出すことで，異なる映像サイズの法なども取組みが見られる．このように三次元空間の映像が再生できたり，異なる SNR の映像が再生できる

様々な表現形態の性質に即した符号化研究が行われていという，いわゆる画質に関するものが一般的に知られてるのが現状である．

いる．しかしながら，スケーラビリティの考え方は必ず

3.6 高ダイナミックレンジ映像符号化

しもこのような画質に関連することに閉じるものではな

AVC/H.264 では FRExt 及びプロフェッショナル向く，もう少し広義にとらえることが可能である．図 8 に，けのプロファイルとして，14 ビットまでの画素深度に映像符号化の分野で考えられる種々のスケーラビリティ

対応することを可能にしようとしている．しかしながらとその分類について示す．大きくは，

これらは，圧縮技術的には従来の AVC/H.264 の枠組み

（ 1 ） 画質に関するスケーラビリティ

をそのまま利用するものであり，特段目新しさはない．

（ 2 ） アルゴリズムに関するスケーラビリティ

一方，高ビット深度の映像を，低ビット深度に変換する（ 3 ） ソフトウェア / ハードウェアアーキテクチャにことで広義の情報圧縮ができるが，これは tone map-

関するスケーラビリティ

ping と呼ばれている．Tone mapping は高ビット深度画（ 4 ） 映像提示に関するスケーラビリティ

像を限られた深度表現しか表示できないディスプレイにの四つに分類できる．以下それぞれのスケーラビリティ

映す場合によく用いられるが，単に LSB 側のビットプに関しての詳細を述べる．
4.2 画質スケーラビリティ

レーンデータを捨てればよいというものではなく，より高画質を得るべく多くの手法が提案されている．代表的画質のスケーラビリティは，映像符号化のスケーラビなものとしては Reinhard らの global zone operator［50］

リティの中でも最も一般的なものとしてとらえることががある．更に tone mapping された画像（TM）と，もとできる．図 9 に画質スケーラビリティの概念を示す．圧の HDR 画像の比率を Ratio Image（RI）という形で表現

縮された符号化ストリームは階層的なデータから構成さ

し，TM 画像を通常の JPEG 圧縮，RI を JPEG のラッれている．この階層ストリームは，ベースレイヤと呼ばパーのデータサイズに抑え込むようにダウンサンプルしれる基本階層と，エンハンスメントレイヤと呼ばれる拡て JPEG 圧縮し，TM と RI を多重化してファイリング

張階層に分けることができる．基本階層のデータは基本

するような手法も提案されている［51］．広い意味で考え的にすべてを復号する必要がある．一方拡張階層のデー

ると，これは次章に述べるスケーラビリティの範疇にとタは，Extractor によって部分的に切り出すことが可能

らえることが可能である．

な構成になっており，その切出し方によって画像サイズを変化させたり，SNR を変化させたりすることができ

4．ブロードバンド IP ネットワーク技術の進展

る．画質スケーラビリティの範疇に入るものとしては，
空間解像度スケーラビリティ（Spatial scalability），時

4.1 スケーラビリティの概念

間 解 像 度 ス ケ ー ラ ビ リ テ ィ（Temporal scalability），

映像符号化の分野でのスケーラビリティについては，

SNR スケーラビリティ（SNR scalability），色解像度ス

Codec implementation-Implementation scalability-Architecture scalability

Complexity-Computational complexity scalability-Algorithm scalability-Spatial scalability-Temporal scalability-SNR scalability-Color format scalability-Bit-depth scalability

Picture quality-ROI scalability-View scalability
Observation

図8

148

映像符号化におけるスケーラビリティの分類

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

Input video

論評・サーベイ論文

Scalable bit-stream

Bit-stream extractor

Enhancement
layer

Scalable
Encoder

Base layer

Higher quality
Decoder

Decoded video

Decoder

Decoded video

Decoder

Decoded video

Decoder

Decoded video
Lower quality

Input video

図9

画質スケーラビリティの考え方

−

−

DCT

Q

EC
IQ

Interlayer prediction(for prediction error)
Interlayer
prediction

IDCT+

MCprediction

2:1
↓

+

MC

ME

Enhancement layer bit-stream

VM
Motion vector
prediction
1:2

−

EC
to bit-stream
↑

↑

↑
−

1:2

DCT

1:2

Prediction error

Decoded video

EC

Q
IQ

ME

MotionvectorIDCT

to bit-stream

EC

Base layer bit-stream

+
MC
VM

図 10

空間解像度スケーラビリティ実現のブロック構成（2 階層の場合）

り，JVT 国際標準化の中で JSVC（Joint Scalable Video

depth scalability）スケーラビリティがある．

Coding）として検討されているものである［52］．仮に二4.2.1 Spatial スケーラビリティ

つの解像度を CIF（352 × 288）
，QCIF（176 × 144）と空間解像度スケーラビリティを例にとって詳細に説明する．このスケーラブルエンコーダへの入力としてはする．図 10 は，AVC/H.264 を用いて二つの空間解像度

CIF サイズの映像が入力され，まず縦横 2 分の 1 のサイのスケーラビリティを実現するためのブロック図であズ，すなわち QCIF サイズにダウンサンプルされる．こ論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

149

小特集❷

ケーラビリティ（Color format scalability），画素深度（Bitのダウンサンプリング方法はエンコーダだけに関するもで最適値が定まってくる．Wolf ら［53］はアップサンプのであり設計は自由であるが，通常は折返しひずみ除去

ルフィルタとして，0 次補間（隣接画素繰返し），bilinearのための低域フィルタを施した後に水平垂直方向にそれフィルタ（1，1）/2，bicubic フィルタ（-1，5，5，-1）

ぞれ 2：1 サブサンプルを行うことで実現される．得ら/8，6 タップフィルタ（1，-5，20，20，-5，1）/32 のれた QCIF サイズ映像は AVC/H.264 にて圧縮符号化さ四つを取り上げて予測効率を比較している．これによれ

れ，これが基本階層符号化データとなる．一方で，原画ば，高解像度映像についてフレーム内符号化のみ用いるである CIF サイズの映像も AVC/H.264 をベースに圧縮

場合には 0 次補間以外はあまり差がないことが示されて符号化されるわけであるが，ここで既に符号化されていいるが，高解像度映像についてもフレーム間符号化を行る基本階層の情報を予測に利用することがポイントとなう場合，すなわち高解像度映像の動き補償フレーム間予る．すなわち，通常の AVC/H.264 は予測参照信号とし

測誤差信号を低解像度映像の動き補償フレーム間予測誤て，イントラ予測（同じフレームの画素値で予測する）と差信号で予測する形の場合には，最適のフィルタが映像

インタ予測（時間的に異なるフレームの画素値で予測すの動き特性によって変化することが明らかにされている．

る）の二つを用いるが，これに加えて，解像度の低い同

図 11 に JSVC において使われている階層間予測の処理

フレームの画素値で予測する「レイヤ間予測」を導入す

イメージを示す．図 12 はベースバンド映像でのアップ

る．図 11 にこれら三つの予測の関係を示す．レイヤ間

サンプル予測，図 13 では動き補償予測誤差映像でのアッ予測としてはベースバンド映像の予測だけでなく，動き

プサンプル予測信号の例を示している．

補償予測誤差信号を直接予測するモードもある．レイヤ

更に複雑なアップサンプル手法としては，低解像度レ

間予測は，時空間的に同じ位置からの予測になるので予イヤ映像に対して非線形な処理による超解像処理を施し

測誤差を小さくできる可能性がある．しかしながら解像て高解像度化する手法が提案されている［54］．いかに入度が異なっているため，予測の際には下位レイヤ信号を力高解像度映像に近づけるようにアップサンプルするか

縦横 2 倍にアップサンプルした信号を用いて予測するこという意味では注目すべき技術であり，今後の一つの大とになる．よって，アップサンプルした映像をいかに原きなテーマであるといえよう．

画像に近づけるかが重要なポイントとなる．このアップ

空間解像度のスケーラビリティは，今後 8 k（8000 ×

サンプルの方法はエンコーダ・デコーダで一致させてお4000）や 4 k（4000 × 2000）クラスの映像と HDTV クラ

く必要があり，映像符号化標準化においては規定される

ス（2 k，2000 × 1000）の映像を共存させるために，8べき項目となる．アップサンプルのための補間フィルタ

k/4 k/2 k の 3 段階スケーラビリティへの適用の検討がとしてどのようなものを用いるべきかという詳細な検討

大きく期待されるところである．

は例えば文献［53］にある．一般的にはタップ数の長い

4.2.2 Color Format スケーラビリティ

フィルタを用いればアップサンプル映像の高周波成分の色解像度のスケーラビリティは，空間解像度スケーラ

再現性は向上するが，演算量との関係とのトレードオフ

ビリティの一つとしてとらえることができる．映像信号

Enhancement layer(Large size image)

Decoded previous frame

Decoded macroblocks
Motion compensatedInterframe prediction
Intraframe prediction

Current macroblock(to be coded)Inter-layer prediction(from spatially same position)

Base layer(Small size image)

Upsampling
Decoded frame

図 11

150

空間解像度スケーラビリティ拡張階層における三つの予測方法

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

論評・サーベイ論文（ b ） Downsampled (BL) （ c ） Decoded BL (BLD)（ a ）Original (EL)（ d ）Upsampled BLD

図 12（ e ）interlayer prediction error (EL-BLD)

JSVC における階層間予測の例（ b ）Upsampled BLE（ a ）MC prediction error in BL (BLE)

図 13（ c ）MC prediction error in EL (ELE)

JSVC における予測残差の階層間予測

は R，G，B 表現から Y，Cb，Cr という一つの輝度信号と二つの色差信号の表現に変換されて圧縮符号化過程

Y

Y

Y

に入力されるのが一般的である．ここで，図 14 に示す
ように，色差信号 Cb，Cr の解像度を輝度信号 Y と同じにするのが 4：4：4 フォーマット，水平方向だけ半分

Cb

Cb

Cr

Cr

Cb

の解像度にするものが 4：2：2 フォーマット，水平方向
も垂直方向も半分にするものが 4：2：0 フォーマットと呼ばれる．コンテンツ作成・記録や素材伝送では 4：4：
4 や 4：2：2 フォーマットが用いられ，ユーザへの配信など最終視聴環境では 4：2：0 フォーマットが用いられることが多い．スケーラビリティ実現の方法としては，

4：4：4

図 14

4：2：2

Cr

4：2：0

4：4：4/4：2：2/4：2：0 カラーフォーマット

プルし 4：4：4 映像への予測信号として使うことで処理

ウンサンプルによって 4：2：2 及び 4：2：0 映像を作り，できる．ただし，AVC/H.264 の場合，4：2：2 や 4：2：

まず 4：2：0 フォーマットの映像を基本階層として符号0 フォーマット映像に対しては色差信号の予測方法は輝化する．次に 4：2：0 復号映像の色差信号部分を垂直方

度信号の予測方法に従属させる形になっており，色差信

向にアップサンプルし，4：2：2 映像への予測信号とし号の下位レイヤからの予測をどのように追加していくのて使う．更に 4：2：2 復号信号を水平方向にアップサン

かなど，まだ検討すべき課題が残されている．

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

151

小特集❷

図 15 に示すように，4：4：4 の映像から色差信号のダ4:4:4 Video input

4:2:0 Video

Y
2:1
↓

Cb

Cb

Base layer stream(4:2:0)

H.264
Encoder(4:2:0)

2:1
↓

Cr

Cr
Cb
↑
−

−

図 15

Locally decoded
4:2:0 Video

Cr
1:2
↑

1:2
Enhancement layer stream

Residual
Color
Encoder

4：4：4/4：2：0 カラーフォーマット間のスケーラブル符号化例

4.2.3 Temporal スケーラビリティ
時間方向のスケーラビリティは，フレームレートに柔

B

B

B

Level-3:
Frame rate=8F

B

軟性をもたせることができる．現在のテレビジョン信号
は基本的に毎秒 30 フレーム
（30 fps）であるが，例えば携B

帯端末や PC の能力によってはフレームレートを 15 フ

Level-1:
Frame rate=2FB

レームや 10 フレームで表示せざるを得ない場合がある．
また，フレーム飛越し再生をすることで早送り再生が可

Level-2:
Frame rate=4F

B

I

P

能となる．一方，3. でも述べたように，今後 30 fps を

Level-0:
Frame rate=F超える高フレームレート映像が登場してくると，これをマスタとして蓄積し適宜フレームレートの低い映像をそ

I

B

B

B

B

B

B

B

P

こから取り出すような仕組みも考えられる．

F0

F3

F2

F3

F1

F3

F2

F3

F0

時間解像度スケーラビリティを実現する方法として代表的なものに，「階層 B ピクチャ」と「動き補償付時間方

図 16

階層 B ピクチャの予測構造（I：I-frame, P：P-frame,
B：B-frame)

向ウェーブレット」の二つの方法が挙げられる．
まず階層 B ピクチャ［55］について紹介する．3.1 ででは B ピクチャを予測信号として利用することが許さも述べたように AVC/H.264 をはじめとする MPEG 標

れている．すなわち，B ピクチャから B ピクチャを予

準方式では，時間方向の予測をする形態によってフレー

測することが可能となり，これを階層的に適用すること

ムを，I フレーム，P フレーム，B フレームに分ける．I

により，例えば図 16 に示すような予測構造が可能となフレームは，そのフレームに閉じて符号化処理を行うもる．これが階層 B ピクチャの考え方である．予測の際の，P フレームは過去の I フレームや P フレームからのには動き補償が適用される．図 16 では，フレーム F0

予測を使うもの，B フレームは既に復号された 2 枚のフのみの符号化データの復号再生で 1/8 のフレームレー

レ ー ム か ら の 予 測 を 使 う も の で あ っ て，MPEG-2 やト，フレーム F0，F1 の復号再生で 1/4 のフレームレー

MPEG-4 part-2（Visual）では B フレームは，予測対象

ト，フレーム F0，F1，F2 の復号再生で 1/2 のフレーム

フレームの前後にある I フレーム及び P フレームから予

レート，そしてフレーム F3 を含めたすべてを復号再生

測処理がなされる．I フレームはそれだけで再生可能，

することで，フルフレームレートの映像を得ることがで

P フレームは I フレームまたは P フレームがあれば再生きる．従来の IBP 構造よりも細かなフレームレートの可能，すなわち B フレームはどのフレームの予測にもスケーラビリティをもたせることが可能である．

使われないのでデータを落としたとしてもフレームレー

一方 B ピクチャとは異なる形で時間スケーラビリ

トの削減された映像が再生できることになる．これは，ティを実現するのが動き補償付きの時間方向ウェーブ

IBP 予測構造がそのままの形で時間解像度スケーラビリ

レット分割である［56］，［57］．時間方向にウェーブレッ

ティを実現しているといってよい．一方，AVC/H.264

トフィルタを施すので，MCTF（Motion Compensated152

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

論評・サーベイ論文

Input video frame

L2

L1

L2

L1

L2

H1

L2

H1

H2

H2

H2

H2

MCTF output
Motion compensation
Low pass temporal filtering (with MC)High pass temporal filtering (with MC)

L0

H0

図 17

MCTF による時間方向サブバンド分割

Temporal Filter）とも呼ばれる．MCTF の考え方は，符号化効率の観点からこれらの二つの手法を GOP=32

ウェーブレット分割を時間方向に行うことで，時間方向の条件のもとで比較し，動きの小さい映像に対しては双周波数成分を高周波から低周波の各段階に分解すること方の符号化効率はほぼ同等であるが，スポーツなど動きである．図 17 に MCTF の例を示す．時間方向のウェーが複雑で激しい映像に対しては階層 B フレームの方がブレット分割の基本的考え方は，サブバンド分割の単位

MCTF よりよいことを実験的に示している［55］．

となる数のフレーム（例えば 8 フレームとする）にわたっ

4.2.4 SNR スケーラビリティて，対応する 8 個の画素に低域フィルタ及び高域フィル

SNR スケーラビリティは，復号画素値の再現精度にタを施してそれぞれ半分に間引いて四つの低域映像フ関するスケーラビリティである．つまり，符号化ストリー

レームと四つの高域映像フレームを作り，その低域映像

ムから切り出した符号量に応じて，復号信号の SNR を

フレーム側に再帰的に同様な処理を施すことで実行され制御する機能である．本項では，動画像符号化の国際標る．時間方向でフィルタリングを施す対象となる画素を準方式に関連する SNR スケーラビリティの方式を中心選択する際に，動きを考慮して動き補償を施した後の画に概説する．
MPEG-4 において，fine granularity scalability（FGS）

イントである．結果として分割単位を 8 フレームとしたと呼ばれる手法が検討された［58］．これは図 18（a）に場合には，一つの低域フレーム L0（これは基本的に 8示すようなビットプレーン展開に基づく符号化方法であフレームの映像の平均値に相当する）と，3 種類の高域

る．基本階層信号を符号化・復号し，同階層の復号信号

フレーム（H0 〜 H2）が生成される．3 種類の高域フレーを得る．この復号信号と原信号との残差に対して，スケー

ムは周波数が低い方から順に，H0 は 1 フレーム，H1

ラビリティをサポートする階層構造を付与する．まず，は 2 フレーム，最高周波数成分の H2 は四つのフレーム

同残差信号を DCT で変換し，得られた DCT 係数をビッからなる．この符号化データにおいて，L0 だけを復号

トプレーン展開する．各ビットプレーンは MSB プレー

再生すれば 1/8 のフレームレート，L0 と H0 の復号再ンから順に，ラン長と最終優位係数を表すフラグの組で生で 1/4 のフレームレート，L0，H0，H1 の復号再生で表現される．この記号対は，二次元可変長符号により符1/2 のフレームレート，そしてフレーム H2 を含めたす号語に変換される．このように，映像信号をビットプレー

べてを復号再生することで，フルフレームレートの映像

ンで分割しているため，粒度の細かい符号量の制御が可を得ることができる．

能となる．これが fine granularity scalability という名

前述した階層 B フレームと MCTF とは，ともに同様の由来である．符号量制御の微調整機能は，ネットワーの時間解像度スケーラビリティを実現できるが，これら

クの帯域変動にも柔軟に対応できるという効果をもたら二つの手法を比較してみると，MCTF はウェーブレッ

す．一方，MPEG-4 FGS では，ビットプレーンによるトフィルタを再帰的に施す必要があり，演算的に大きく情報源の分離による分割損，及び，参照構造の制約に伴なることは避けられないといえる．一方，Schwarz らは，う符号化効率の低下が指摘されている．

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

153

小特集❷

素の組に対してウェーブレットフィルタを施すことがポEntropy
coding
Bir plane
expansion

Input video

・・
Input video−

DCT

Enhancement encoder(AVC/H.264)

Enhancement
layer bit-stream
Base encoder(MPEG-4 visual)

Interlayer
prediction
Base encoder(AVC/H.264)

Base layer
bit-stream

SNR スケーラブル符号化における FGS と CGS の実現例

Enhancement
layer (2nd)Enhancement
layer (2nd)Enhancement
layer (1st)Enhancement
layer (1st)Base layer

Base layer
12

3
frame (time)（ a ）An example of MPEG-4 FGS

図 19

Base layer
bit-stream（ b ）CGS in JSVC（ a ）FGS in MPEG-4 visual

図 18

Enhancement
layer bit-stream

1

2

3
frame (time)（ b ）An example of progressive FGS

SNR スケーラブル符号化における拡張階層フレーム間予測

MPEG-4 FGS における符号化効率低下を改善するた

JSVC では，SNR スケーラビリティとして，分解能

め， 拡 張 階 層 間 の 相 関 を 利 用 し た Progressive FGSの異なる二つの方式をサポートしている［60］，［61］．分（PFGS）と呼ばれる方式が提案されている［59］．図 19（a）

解能の粗い Coarse Grain Scalability（CGS）と，分解能に示すように，FGS では，拡張階層のフレーム間予測の細かい Fine Grain Scalability（FGS）
である．

の 参 照 信 号 が 基 本 階 層 に 限 定 さ れ て い た の に 対 し，JSVC CGS では，符号化対象シーケンスに対して，

PFGS では，図 19（b）に示すように，拡張階層の信号

階層ごとに H.264 ベースの符号化を行う（図 18（b））．

を参照できる．基本階層よりも符号化ひずみの少ない拡

このとき，上位の拡張階層ほど，量子化パラメータに小張階層を参照することで，フレーム間予測の誤差を低減

さな値が設定される．このため，上位階層ほど量子化ひさせることができる．一方，帯域変動，パケットロス等

ずみが小さくなり，復号画質も向上する．符号化器へ入により，拡張階層の信号が復号器に到達しなかった場合，力される画素数は，原信号の画素数よりも多くなる．こ

符号化器と復号器において参照信号の不一致が生じる．

れは over-sample と呼ばれる構成であり，階層間の冗長

これは復号信号の画質劣化を引き起こす．更に，この不性を内在した符号化といえる．このため，動きベクトル，

一致が生じたフレームを参照するフレームにも，その影動き補償ブロック等の符号化情報は，階層間予測により響は伝搬する．ドリフト誤差と呼ばれるゆえんである．

階層間の冗長性を除去した上でエントロピー符号化されMPEG-4 FGS において参照信号を基本階層に限定したる．この構成は，H.264 の符号化ツールを共有するためのは，このドリフト誤差を回避するためであった．

の構成といえる．これは，JSVC の位置付けが，H.264

Progressive FGS においては拡張階層を参照するため，パケットロス等に伴う参照信号の不一致を回避するに対してスケーラブル機能を追加した拡張方式であることに起因する．

ことはできない．しかし，不一致が発生しても，後続のJSVC FGS では，基本階層の直交変換係数に対するフレームでは，画質の回復が漸進的に行われるような予

量子化誤差に対して，半分の量子化ステップ幅で符号化

測・参照構造を保持している．

した結果を拡張階層の符号化情報として積み上げてい154

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

pixel）の映像に戻し，オリジナルの M（bit/pixel）映像

で分割可能であり，分解能の細かい SNR スケーラビリとの差分を計算し，その差分値を DCT・量子化・符号ティを実現している．

割当を行うことで拡張レイヤの符号化データを得る．

一方で，こうした分割に起因する符号化効率の低下をInverse tone mapping 処理された映像は予測の参照信号補うため，JPEG2000 における EBCOT［62］と同様，として使われることになるので，できる限り M（bit/コンテクスト分類による適応処理が導入されている．コ

pixel）の原 HDR 映像に近くなることが望ましい．階調

ンテクスト分類とは，統計的に類似した記号をクラスタを上げる処理には図 21 に示すようないくつかの手法がリングし，クラスごとにエントロピー符号化を行う適応ある．単純に低階調映像に 2M-N を乗算する線形ス処理である．このクラスをコンテクスト呼ぶ．コンテク

ケーリング手法，低階調映像の MSB から LSB までのストごとに処理対象を限定することで，各コンテクスト

ビット表現を高階調映像のビット表現として繰り返す手

内の記号の発生確率が偏在化し，エントロピー符号化に法［64］，あらかじめ決められた対応関係（xn → yn，xn+1

よる符号長を短くできる．

→ yn+1）を利用してその間にある値 x（xn<x<xn+1）から

4.2.5 Bit depth スケーラビリティ

y を線形補間する手法，ルックアップテーブルによりHDR 映像を圧縮して一つのストリームにし，そのスマッピングをとる手法が知られている．階調を上げる処

トリームから一部分のデータを取り出して復号すると画

理は，超解像と同様にもともと存在しない信号成分を作

素 深 度 の よ り 低 い 映 像 が 得 ら れ る， と い う の が Bit

り込む処理なので，工夫の余地が残されている．なお，

depth スケーラビリティである．例えば 10 bit/pixel の

この Inverse tone mapping 処理は，予測のミスマッチ

HDR 映 像 圧 縮 デ ー タ か ら， 一 部 を 切 り 出 す と 8 bit/を防ぐため，エンコーダ及びデコーダの双方で同じもの

pixel の映像データが再現できる，という形になる．Bit

を用いることが必要である．

depth スケーラビリティを実現する場合も基本レイヤと更に，Bit depth スケーラビリティと spatial スケーラ

拡張レイヤという考え方を使う．今，M（bit/pixel）でビリティとの組合せ手法も検討されており［65］，Bit

表現された映像を圧縮したとして，ここから一部のデー

depth → spatial の処理順序で，スケーラブル処理を行

タを切り出して N（bit/pixel）の映像を再生するようなう方が効率が良いことが報告されている．

処理を考える．ただし M >N である．この処理を行う

4.3 演算量／アルゴリズムスケーラビリティ

スケーラブル符号化のブロック構成の一例を図 20 に示

4.3.1 演算複雑度スケーラビリティ

す［63］．まず M（bit/pixel）の映像を N（bit/pixel）に階

映像符号化アルゴリズムや復号アルゴリズムそのもの

調変換（tone mapping）する．階調変換された N（bit/に対してもスケーラビリティという概念が考えられる．

pixel）の映像を AVC/H.264 など MC+DCT を基本とす

映像符号化アルゴリズムは，その中に種々の演算要素をる通常の圧縮方式で圧縮する．これが基本レイヤの符号含んでいる．例えば，動き検出や周波数変換，前処理や化データとなる．次に，基本レイヤのローカルデコード

符号化アーチファクト除去のためのフィルタリング，量

映像を逆階調変換（Inverse tone mapping）して M（bit/

子化処理，符号化割当処理などがそれに相当する．更に，

Input video(HDRI, ex.10 bit/pixel)

8 bit/pixel video

Tone
mapping
operator−

論評・サーベイ論文

く．更に，各階層の符号化情報は cycle と呼ばれる単位

Base layer bitstream
DCT

Q

EC
IQ
IDCT
+

ME

H.264
based
encoderMC
VM

10 bitInverse tone
mapping operator

小特集❷

−

8 bit
Enhancement layer bit-stream

DCT

図 20

Q

EC

画素深度スケーラビリティ実現のブロック構成（10 bit/8 bit 表現の場合）

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術155一つひとつの要素の中にも演算量が多くかかる複雑な手いう問題がある．このような場合，動作させる種々の法と，少ない演算で簡易に処理できる手法が存在する．

CPU に対応させるためには，符号化アルゴリズムを階

ここで，演算量を少なくして符号化効率が落ちないとい層化しておき，動作環境，すなわち CPU の性能によっう手法が理想であるが，一般的には演算を多く施した方て，適宜そのアルゴリズムの一部分を使って符号化するが高度で緻密な処理ができるために符号化効率が向上すことで演算量を制御可能にする．これが演算複雑度スる．しかしながら，ソフトウェアでリアルタイム映像圧

ケーラビリティ（Computational complexity scalability）

縮を行うような場合，圧縮ソフトウェアを動作させるの概念であり，文献［66］，［67］にはその概念が提案されCPU の性能によっては，演算複雑度が上がると処理がている．

間に合わなくなり，リアルタイム処理ができなくなると演算複雑度スケーラビリティを用いたコーデック制御
例を図 22 に示す［67］．コーデックの制御としては，
CBR（Constant Bit Rate）制御の場合，発生ビットレー
トを一定値以下に抑え込むビットレート制御手法が必須

x (8 bit) b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

であり，MPEG-2 エンコーダテストモデルなどに代表される方法がよく知られている．演算複雑度の制御も考y (10 bit) b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 0 0

え方はこれと同様であり，制御する対象が「ビットレー

y=2 M-N xト」から「処理時間」に変わると考えればよい．制御対象（ a ）Linear scalingが演算量であるから，コーデックの中での演算量可変要x (8 bit) b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

素を抽出し，それらを適宜制御することになる．演算量
可変要素の処理は，スケーラブル性を備えている必要がy (10 bit) b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b0 b1ある．文献［66］では，演算量可変要素として，動きベク（ b ）Bit replication

10 bitx (8 bit)y (10 bit)

0
1
2
3
・
・
254
255

0
3
7
12
・
・
1020
1023

yn +1
y
yn
x n x x n +1

8 bit

x -x
y=yn + x -xn (yn +1-yn )n +1n（ c ）Linear interpolation

図 21

トルの探索範囲やブロックマッチング精度評価関数に用いる画素の数，DCT 計算をする係数の数などを演算量可変要素として抽出し，演算をスケーラブルに変更した
際にどの程度画質が変わるかを定量的に測定している．
また，文献［68］では，同じく動きベクトル算出の演算量にスケーラブル性をもたせた上で，実際に与えられた（使用可能な）処理時間に対して，各フレーム，各マクロブ
ロックでどのように演算を制御していくのかを定式化した．動きベクトル検出は処理にスケーラブル性をもたせ（ d ）Look-up table mapping

やすいことに加えて，圧縮処理全体に占める割合も大きく，広い範囲で演算量を制御できることから演算量可変

逆トーンマッピング処理の例

Constraint timeComplexity controller
Control signal

Exhausted time

Encoder
CSU

CSU
CSU

Video

RCU

CSU
RCU

RCU

Control signal

CSU
RCU

Bit-stream

RCU

Occurred bits
Bit rate controller

CSU: Computationally scalable unit
RCU: Rate control unit

Constraint bit rate

図 22

156

映像符号化における演算量制御とビットレート制御

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

て自己組織的に構成するような手法も考えられ，今後発4.3.2 アルゴリズムのスケーラビリティ

展が期待されるテーマといえる．
4.4 コーデックアーキテクチャスケーラビリティ

前項の演算複雑度スケーラビリティは，ある演算要素の演算量を可変にする考え方であるが，これを一歩進め

4.4.1 並列処理による処理規模スケーラビリティて，演算要素そのものの ON/OFF でコーデック全体の符号化処理や復号処理を実行するハードウェア構成に演算量を可変にすることも可能である．動き補償をもスケーラビリティの概念をもたせることが重要であON/OFF する，ループ内フィルタを ON/OFF するな

る．ある単位の符号化処理可能なハードウェア（PC やどという処理がこれに相当する．また，DCT 符号化処チップ）を用意しておき，それらを複数協調動作させる

理と予測符号化処理を適宜切り換えるといったこともこ

ことで，より大きな画面の符号化処理や，より高速な符の範疇といえよう．すなわち圧縮アルゴリズムをある程

号化処理ができる形にしておけば，ハードウェアアーキ

度大きな枠組みで可変とする考え方である．多くの演算

テクチャとしてのスケーラビリティを実現できる．この要素をツールとして用意しておき，その中から状況に応ようなスケーラビリティをもった LSI の開発例がある

じて適宜演算要素を抽出して組み合わせて全体の圧縮処

［70］
，［71］
． 文 献［71］ に 述 べ ら れ て い る 1 チ ッ プ

理アルゴリズムを構成する．これは，圧縮アルゴリズム

MPEG-2 HDTV CODEC LSI VASA

構成方法のスケーラビリティと位置づけられる．この方チップでフル HDTV の MPEG-2 エンコード処理が可式では，演算量を可変にするだけでなく，入力映像に適能な ASIC LSI であり，地上デジタル放送をはじめとししたアルゴリズムを随時構成するようなことが可能で応た種々のハイエンド装置に利用されている．VASA は用範囲が広い．当然デコーダアルゴリズムもエンコーダ

1 チップでは HDTV エンコード処理が限界であるが，側の処理に基づいて変更しなければならないため，どの高速なチップ間データ転送と柔軟な多重化部の構成によようにデコードすればよいかという情報，いわゆるデり，複数チップを並列に動作させることで HDTV を超

コーダ記述情報をビットストリームと同時に送る必要がえる大画面処理が可能となっている．図 24 に本スケーある．図 23 に概念図を示す．このような考え方に基づ

ラブル構成を実現する実現アーキテクチャのポイントをい て， 最 近 MPEG で も Reconfigurable video coding示す［71］．図 24 に示すように MDT（Multi-chip Data

（RVC）という形で検討が進められている［69］．RVC はTransfer）ブロックによってチップ間データ転送を可能

図 23 に示すように Functional Unit（FU）と呼ばれる圧とし，各々の LSI に接続されている映像メモリ DDR-

縮ツール（例えば MC，DCT，VLC など圧縮のための演

SDRAM にデータをチップ間転送できる．これにより，算ツール）を定義しておき，それらを組み合わせること

分割画面をまたがった動きベクトル処理などが可能となで圧縮処理を実行する．使用するツールを時間的に適応

り高画質化につながる．また，VASA の個々の TS デー

的に切り換えることも可能である．新しい圧縮ツールのタを従続的につなぎ合わせることで，外部装置なしに大追加も容易であり，速やかな機能追加が可能になること

画面の TS データとしてを多重する仕組みも搭載していから，新しいコーデック実現形態として，国際標準化の

る［72］
．

論評・サーベイ論文

モジュールとしてよく用いられる．

は，シングル

観点からも期待されている．また，この考え方を更に発

実際に 4 k × 2 k コーデックとして実現した例が文献展させて，圧縮アルゴリズムを入力映像の性質に合わせ

［35］
，
［73］
にある．更にこの 4 k × 2 k コーデック装置を

Data to be transmitted
Input video

Encoded bit-stream

Encoder

Decoder
Decoderreconfiguration

Decoder description information(syntax)
Coding control

Decoded video

Decoder
description

小特集❷

Tool box
Functional
Unit (FU)図 23

Functional
Unit (FU)Functional
Unit (FU)…

Functional
Unit (FU)

リコンフィギュラブル映像符号化のコンセプト

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

157

LSI#1
Encoded bit-stream

LSI#2

Frame
partitioning

LSI#3
LSI#4
Large scale
video encoder
LSI#1

LSI#2

LSI#3

System bus

System bus

System bus

MDT

MDT

MDT

MIF

MIF

LSI#4

MIF
MDT: Multi-chip data transfer
MIF: Memory interface

DDR-SDRAM

DDR-SDRAM

DDR-SDRAM
・・・Inter-chip communication

MPEG-LSI による大画面並列処理アーキテクチャ

Spatial resolution

図 24

8K

7680 x 4320

4K

3840 x 2160

1920 x 1080
2K

VASA

VASA

VASA

VASA

VASA

8 k x 4 k codec

4 k x 2 k codec

HDTV codec

1

図 25

4

16

Number of VASA LSIs

VASA-LSI によるスケーラブルな符号化装置構成

複数台利用して，8 k × 4 k レベルのスーパハイビジョ

イズの画面に分割して並列符号化を行う際に，実際の符ンの圧縮処理が可能であることも実証されている［36］．

号化処理を行うエンコーダ（メインエンコーダ）の前にプ

図 25 に VASA の複数チップ利用によるスケーラブル

リエンコーダを通して符号化情報を収集する．そして，な装置展開イメージを示す．このように LSI や装置を収集した符号化情報から，分割された四つの HDTV サ

複数用いて大画面映像を分割符号化処理する場合に注意

イズ画面が同じ画質になるように符号化制御部のコント

すべきことは，分割したそれぞれの画面間での画質差がロールを行うことで，分割された各チャネルでは VBR

出ないように制御することが重要となる．文献［35］にお（variable bit rate）を許容しながら，4 k × 2 k の大画面

いては，4 k × 2 k 映像を「田の字」型に四つの HDTV サ

全体としては CBR（Constant bit rate）に抑える仕組み

158

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

求に応じて動的に切り換えられるレベルにはなく，どち定に保ち，分割画面境界の検知できない方式が望まれる．

らかというと静的なプログラマビリティであるといえ同様の並列化処理は，LSI や装置だけでなく，PC 上でる．このような背景のもと 2002 年以降，動的に構成を動作するソフトウェア符号化でも実現できる可能性があ変えられる，いわゆる動的再構成可能なプロセッサが登る．最近ではマルチコアに代表される複数 CPU マシン

場してきた．一つの効率的に実現されたプロセッサでや，分散並列ソフトウェア処理により高速演算を達成す

種々のコーデック動作も可能となるため，種々の国際標る HPC（High Performance Computing）など並列化処

準圧縮技術が存在する映像や音声などのマルチメディア

理の環境が整いつつある．よって，圧縮符号化にかかわ処理への適用に向けた究極のスケーラブルなコーデック

るソフトウェア処理そのものを分割することができれ構成といえる．例えば，多数ある映像符号化標準の構成

ば，分割された処理を，一つひとつの PC に割り当てて要素として，動き検出や動き補償，DCT といったもの

処理するなどして，トータルとして高速化が図れることは共通の要素が多いが，全く異なる要素として可変長符になる．内藤らは JPEG2000 をベースとした並列処理

号化処理と復号処理が挙げられる．この問題に対して，実装の手法を検討している［74］．JPEG2000 はフレーム

文 献［77］ で は，AVC/H.264，MPEG-2，MPEG-4 の内処理を基本とする方式であり，タイルと呼ばれる部分

三つの国際標準に対して，動的再構成ハードウェア技術

領域に細分化できるので，符号化処理をこの単位に分割

により，一つのハードでそれぞれの可変長符号化，復号できることになる．このときのキーポイントは LSI の処理を実現するプロセッサコアを実現している．4.2.2

並列化と同様に領域ごとに画質が変動しないように，各で 述 べ た ア ル ゴ リ ズ ム の ス ケ ー ラ ビ リ テ ィ Recon-

分割領域へのビット割当方法が重要となる．

figurable video coding の概念を，ハードウェアとして実

4.4.2 動的再構成ハードウェアによるアーキテクチャ
スケーラビリティ
符号化処理や復号処理を行うプロセッサそのものの作現する場合には，動的再構成プロセッサとの共同が欠かせないものとなる．
4.5 映像提示領域スケーラビリティ

りをフレキシブルにして，スケーラブル性をもたせる技

4.5.1 ROI スケーラビリティ術がある．その最も単純な方法の一つは，例えば LSI

圧縮ストリームから一部分だけを切り出してきて映像

や DSP 上 で MPEG-2，MPEG-4，AVC/H.264，VC-1の 部 分 領 域 を 再 生 す る 考 え 方 が ROI（Region Ofのすべての処理ができるように設計したい場合，共通化

Interest）スケーラビリティの概念である．ROI に相当すできるところはできるだけ共用回路で実現する手法である部分を優先的にきれいに再生するような仕組みもこのる．これら四つの手法は量子化方法や可変長符号割当な範疇に入る．一部分だけ SNR を上げるという解釈もでどはそれぞれ異なるものの，すべて MC と DCT を組みきるので SNR スケーラビリティの考え方の応用ともい合わせた圧縮手法であり，例えば動き検出はすべての方える．遠隔監視や教育映像などで，注視領域だけをきれ式で必要とされる．この場合，動き検出回路を共通にしいに見せたりするアプリケーションに使われる．

ておけば全体のチップ面積を削減することができる．

MPEG-4 FGS における Selective Enhancement（SE）

少ない回路規模で大きな性能を引き出す，すなわちいや Frequency Weighting（FW），JPEG2000 で用いられ

ろいろな処理のできるものとして最近期待されているもる Max Shift（MS）などが ROI スケーラビリティの代表

のに，ダイナミックリコンフィギュラブルデバイス（動的な実現手段である．このうち，SE，MS の基本的考的再構成可能デバイス）
がある
［75］
，
［76］
．これは，アプ

え方は，送るべき映像情報をビットプレーン展開して，リケーションが求める処理の内容に適応して，内部の論

重要なビットプレーンから順に配信する場合に，図 26

理構成を動的に，すなわち LSI が動作している最中にに示すように，ROI として定義された領域のビットプ切り換えることができるものである．

レーンを，MSB 側にシフトすることである．これにより，
もともと同じ優先度のビットプレーンに属していたデー
タに対して ROI の部分だけ優先度が向上することにな

最適なアーキテクチャを実現できる．ASIC タイプのり，ROI 以外の部分よりも優先的に送信・再生されるこ

LSI の欠点はファームウェアで必要最小限の処理方法をととなる．エンコーダ側では，どの領域をどの程度優先制御できるものの，回路そのものとしては柔軟性や汎用させるかという二つの自由度をもつ．ROI 領域の決定に性があるとは言いがたいところである．一方，プログラは，映像解析により ROI 領域を自動的に判別して全体

マブルデバイスである FPGA は，ASIC に比べて面積としての客観画質を向上させる手法と，ユーザが自ら能などは相当増えるものの，初期コストが不要で，かつユー

動的に領域を指定する手法がある．文献［78］では，ベーザが手元で回路構成を定義できるという利点がある．しスレイヤ DCT 係数の分布状況から符号化雑音が目に付

かし FPGA の回路再構成時間はアプリケーションの要

きやすい部分を自動的に推定して ROI 領域とし，その

159

小特集❷

ASIC タイプの LSI は処理性能，消費電力，チップサ
イズなどの観点からは，アプリケーションを限定すれば

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

論評・サーベイ論文を導入している．いずれも分割画面の画質を視覚的に一部分のエンハンスメントレイヤデータを優先的に送るよ

先度（Signal priority）に基づいて，各時刻に対する符号うにする．エッジ周りや平たん部の雑音を効率的に補償化ストリームに対して総合的な優先度をつける．この優できることになる．一方，教育や医療などのアプリケー

先度は MP4 に含まれるヒントトラックに格納できる．

ションにおいては，見たい領域を能動的に指定したい場

映像をストリーミングする際には，ヒントトラックに書合が多い．このような場合には，受信側から Extractor

き 込 ま れ て い る 優 先 度 情 報 を IP パ ケ ッ ト 上 の TOSを制御することで ROI 領域のエンハンスメントレイヤ（Type Of Service） フ ィ ー ル ド に マ ッ ピ ン グ し て，

データの読出し優先度を変えることで，任意の領域をDiffserve ネ ッ ト ワ ー ク に 配 信 す る．Diffserve ネ ッ ト

ROI として指定することが可能である．FGS データをワークでは IP パケットの優先度情報によって，ふくそ用意しておけば複数のユーザが異なる ROI 領域をリクう時には優先度の低いパケットから順に廃棄していくよ

エストしたとしても対応することができる．これについうに設定され，結果として，視聴環境に適合した QoSては，遠隔医療への適用をにらんで実証実験に使われた配信が可能となる．

例がある［79］．

ROI スケーラビリティに関しては，ROI の設定方法

更に，映像の意味的な重要度を考慮した優先制御も考えられる．これは，スポーツ映像の重要なイベント（ハと符号化優先度決定方法がかぎであり，今後は ROI 自動抽出などの周辺技術が重要になってくる．

イライトシーン）など意味的に重要な部分を優先的に配4.5.2 View スケーラビリティ

信する技術であり，ネットワークふくそう時においても映像提示のもう一つのスケーラビリティは，ステレオ

重要な期間は劣化の少ない映像を視聴することができ

映像あるいはマルチビュー映像を圧縮する場合の View

る．符号化データに重要度の順番を付けて制御するといスケーラビリティである．View スケーラビリティとは，うことから，映像提示スケーラビリティの一つとしてと複数の視点映像圧縮データのうち一部分のデータを取りらえることができる．これを，MPEG-4 のシステムファ

出してデコードすることで，ある制限された Viewpoint

イル MP4 を利用して実現した例がある［80］．文献［80］からの映像を再生可能にするものである．MPEG-2 のにおいては，映像データに付与されたメタデータに基づ

マルチビュープロファイル（MPEG-2 MVP）はステレオ

いて算出された意味的な重要度（Semantic priority）と，映像（2 視点）に対する規格であるが，これを 3 視点以上

映像符号化の予測構造に基づいて算出されるシグナル優のマルチビューに拡張した考え方が文献
［81］
にある．
3.5
ROI

transmitted

Enhancement #8
Enhancement #7
Enhancement #6
Enhancement #5
Enhancement #4
Enhancement #3
Enhancement #2
Enhancement #1
Base layer（ a ）Normal enhancement

図 26

160

E #8
E #7
E #6
E #5
E #4
E #3
E #2
E #1

E #8
E #7
E #6
E #5
E #4
E #3
E #2
E #1

E #8
E #7
E #6
E #5
E #4
E #3
E #2
E #1

transmitted

Base layer（ b ）Selected enhancement

映像符号化における ROI 処理の例

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

サブサンプルが可能となり，ベースから予測されるカメ向の画素相関除去の「動き補償予測」とカメラ間（view

ラ映像の符号化データを拡張データとして加えること間）相関除去の「視差補償予測」の二つを組み合わせて圧で，すべての視点の映像が再生可能となる．2 視点の場

縮符号化処理が行われるが，このとき図 27 に示すよう

合は MPEG-2 MVP に相当し，ベースレイヤのみの再に予測の依存関係に階層性をもたせることでスケーラビ

生で通常の一眼映像，エンハンスメントレイヤを加える

リティの実現が可能となる．ベースとなる view はそのことで二つの view の映像再生が可能となりステレオ視

view に閉じて時間方向の動き補償予測符号化を行い，ができることになる．図 28 のように予測の参照構造はベース以外の view は時間方向の動き補償予測のほか種々の形が考えられるが，一般的にベースとなる視点をに，同じ時刻のベース view 映像からの視差補償予測符

少なくするほどマルチビュー映像全体としての符号化効

号化（Disparity compensation）も組み合わせる．階層予率は良くなるが，逆に，一つの視点のみを再生するのに測という考え方であるので，Temporal スケーラビリ

要する平均的符号量はサイマルキャスト（各視点を独立

ティの範疇ととらえることが可能である．ベースとなるに符号化する）場合が一番良くなる．

カメラ映像の符号化データのみを取り出すことで視点の論評・サーベイ論文に述べたように，マルチビュー映像に関しては，時間方

文献［81］が単なる view 間の予測構造の工夫のみでス

・ ・
・ ・

・
・・
・
・・
−

DCT

Q

EC
Enhancement layer bit-stream

IQ

H.264
based
encoder

IDCT+

Input video(Multivew )

MC+DC
ME

MC
VM

Base view

Disparity compensation

Disparity
estimation

−

DCT

Q

EC
Base layer bit-stream

IQ

H.264
based
encoder

IDCT
+

ME

MC

MC-onlyVM

図 27

マルチビュー映像符号化のブロック構成

I

I

I

I

P

I

B

I

P

P

P

I

P

P

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

P

P

P

P

P

B

P

B

P

B

B

B

P

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

P

P

P

P

P

B

P

B

P

B

B

B

P

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

（ a ）Simulcast

図 28（ b ）Two base view

小特集❷

I

（ c ）One base view

マルチビュー映像における予測の参照関係例

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

161ケーラビリティを実現しているのに対して，Shimizu ら

ケーラビリティを同時に実現する手法を提案しており，は，奥行情報を用いて view スケーラビリティを実現す

4D-Scalablity とうたわれている．

る新しい手法を検討している［82］．奥行を利用する

マルチビュー映像符号化は JVT 標準化でも検討が進view スケーラビリティ実現のブロック構成を図 29 に示す．

められているが，圧縮符号化効率だけでなく View ス

この手法においては，View スケーラビリティを達成する

ケーラビリティや遅延といった要求条件もからめて総合

参照構造のために，まず，カメラは一つの基準カメラと，的な最適解を見つけていくことが望まれている．

その他の非基準カメラに分けられる．次に，全カメラの5．む す

映像を使い，基準カメラから被写体までの距離，すなわび

ち奥行を表す Depth マップを生成する．基準カメラの映像と Depth マップを用いて，Image Based Rendering の 1

本論文では，現在の映像表現の枠組みを超えた新しい手法である 3D-Warping 法を用いて各非基準視点におけ形で表現された次世代の高臨場感映像に対して，映像圧る映像が合成できる．この合成映像を予測参照映像とし縮アルゴリズムやコーデック装置実現の観点から，現状て，原映像である入力映像との差分をとることで差分映の取組み状況を概観し，今後の研究開発の方向性として，像を生成する．最終的に符号化される情報は，基準カメ「超高圧縮符号化技術」，「環境適応符号化技術」，「高臨場

ラ映像，Depth マップ，差分映像の三つであり，これら

感映像符号化技術」の三つが重要であることを述べた．

はそれぞれ通常の動画像のように時間方向に動き補償し

超高圧縮符号化研究としては当面は AVC/H.264 の応ながら符号化される．この手法のメリットは，基準カメ用，あるいは拡張という形で進んでいくと考えられ，パラ の 符 号 化 デ ー タ と Depth マ ッ プ の 符 号 化 デ ー タ をラメータ最拡張や，動き補償と DCT の範囲内での更なもっていれば，見たい視点での映像再生はその view にる高効率化が進められると思われる．また，LSI の微細おける差分画像だけでよいことがポイントである．

化やプロセッサの速度向上などで，コーデック装置の性

一方，視点方向にウェーブレット変換を施すことで能向上が期待できるが，高臨場感映像の情報量は極めてView スケーラビリティを実現する試みも新しい［83］．

膨大であり，圧縮効率や処理規模の観点からブレイクス

MCTF を施して Temporal スケーラビリティを実現しルーが求められているのも事実である．今後，AVC/

た の と 同 様 に，DCVF（Disparity Compensated View

H.264 とは異なる新しい観点からの映像圧縮研究にも期Filtering）を施して View スケーラビリティを実現する．

待がかかる．一方，ネットワークが広帯域化していると

文献
［83］
では，
MCTF，
DCVF，空間 DWT，EBCOT［62］はいえ，光ネットワークとモバイル環境，ホームシアタ

を組み合わせて，視点 / 時間 / 空間 /SNR の四つのスと携帯電話，リアルタイムサービスとオフラインサービ-

Non-base view video

Prediction error

Reference for non-base view video

Base view video

3D warping(image synthesis)

Depth map

図 29

162

奥行を利用したマルチビュー映像符号化処理の流れ

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

環境に適合した映像のハンドリングが重要となりコー
デックの「スケーラビリティ」の考え方が重要となる．本
論文では，映像符号化におけるスケーラビリティについても，現在の研究状況を示した上で種々の観点から議論した．現時点では，スケーラビリティ機能の付与方法は多く考えられているものの，高い符号化効率を保持した
ままスケーラビリティ機能が実現できるかどうかについては，まだ十分な議論がなされていない．今後更なる工夫が必要な研究分野である．
高臨場感映像サービスは，現状ではイベントなどの特定ユースから始まっているが，いずれ家庭まで普及し身近なものになってくるのはそれほど遠い将来ではない．
そのときには，安価で使いやすいサービス / システムとして提供されることが求められるが，映像符号化技術は，それを実現するためのキーテクノロジーの一つであることは間違いないだろう．
用語解説

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

デブロッキングフィルタ（De-blocking filter）
MPEG などの映像符号化では動き補償や DCT を 16 ×
16 や 8 × 8 といった小さなブロック単位で行う．そのため，圧縮率が高くなってくるとブロックひずみという画質劣化が検知されることがある．デブロッキングフィルタは符号化によるブロックひずみを除去するための一種の低域フィルタである．映像全体をぼけさせないために，ブロック境
界に相対的に強いフィルタがかかるように適応化されたものが多い．通常はデコーダ側のみに置かれ，復号後の映像信号に対して画質向上を目的に施されることが多いが，
AVC/H.264 では予測誤差をより小さくするために，予測値を作るときにもデブロッキングフィルタが用いられるため，

163

小特集❷

離散コサイン変換（Discrete Cosine Transform, DCT）
画像を周波数空間に変換する手法の一つで，コサイン関数で構成される基底を使う．映像符号化では 8 × 8 程度の小さなブロック単位に施す．DCT の意味は，対象となる 8 ×
8 の画像信号を 64 個の 8 × 8 サイズの基底の重み付き線形
和で表現した際の，重み係数値を求めることに等しい．この重み係数を DCT 係数という．統計的に見ると，DCT 係
数は，直流成分をはじめとする低周波基底に対してはその絶対値が大きくなり，逆に高周波基底に対するそれは小さ
く な る．DCT 係 数 に 量 子 化 を 施 す こ と で 高 周 波 成 分 のDCT 係 数 の か な り の 部 分 を ゼ ロ に す る こ と が で き る．
MPEG をはじめとする映像符号化国際標準のほとんどに用いられている．AVC/H.264 では，整数値のみで DCT に準じる処理ができる整数型 DCT が用いられている．
予測符号化（Prediction coding）/ フレーム内予測（Intraframe
prediction）/ フレーム間予測（Interframe prediction）
符号化対象画素を空間的または時間的近傍画素から予測して，原信号値と予測値との差分（予測誤差）を符号化して伝送する方式．そのうち，符号化対象画素と同一フレームにある画素を予測に用いるのがフレーム内予測，異なるフレームにある画素を予測に用いるのがフレーム間予測と呼ばれる．統計的に見れば，符号化対象画素とその空間的近傍画素とはよく似た値をもつため，フレーム内予測誤差はゼロに集中する．また，動いていない部分や動きが小さい部分については，時間的に近いフレームを予測値とするフレーム間予測誤差はゼロに集中する．予測誤差のゼロへの偏りを利用すれば符号量を減らすことができる．予測値を作るための近傍画素の画素の選び方にはバリエーションがあり，1 画素から予測するほかにも，二つの画素を平均して予測するような方法も多く使われる．
動き補償（Motion compensation）
静止している映像では，ある対象画素 x と，隣り合うフレーム上で空間的に同一位置にある画素値 y とは雑音成分を無視すれば理論的には等しい．このような場合，対応する画素 y を x の予測値とするフレーム間予測誤差はゼロとなる．一方動いている映像では，y と x は異なるため，予測誤差が大きくなってしまう．このような場合には，物体がどのように動いたかをフレームの間で検出して，その動き（これを動きベクトルという）に対応する分だけ位置をずらした画素値 z を予測値とする．このようにすれば，x と zとの差分はゼロとなる．これを動き補償予測という．動き補償を導入することで予測誤差をよりゼロに集中させることが可能となる．実際には，MPEG での動きの検出は 16 ×
16 などの小さなブロック単位で行われることや，動きが必
ずしも剛体の平行移動ではないなどの理由で，動き補償予
測誤差は完全にゼロにはならない．また，動きの量についても，必ずしも画素単位（整数精度）で動くわけではないことによっても誤差が生じるが，この対策としては，画素補間してから予測する手法（少数画素精度予測）が用いられる．
可変長符号化（Variable length coding, VLC）/ 算術符号化（Arithmetic coding）
圧縮ストリームをディジタルデータとしてネットワークに送出したり記録したりするときには，予測誤差信号やDCT 係数を 0 と 1 の 2 値の符号を割り当てて表現する必要がある．ここで，信号値（シンボル）ごとに長さの異なる符号表を用いて符号割当を行うのが VLC の基本方式である．
発生確率の高い信号値には短い符号を割り当て，発生確率が低い信号には長い符号を割り当てることによって，トータルとしての符号量を減らすことができる．映像の予測誤差信号や DCT 係数のように，一部の信号に値を集中させることができれば VLC の効果が現れる．VLC の代表的なものにハフマン符号がある．ハフマン符号はシンボルの発生確率が 1/2 のべき乗で表される場合には最適（エントロ
ピーと等しい）となることが知られている．一方，発生確率が 1/2 のべき乗でない場合でもシンボル系列を十分長くとればエントロピー限界に近い圧縮率が達成できるのが算術符号化である．算術符号化はシンボルの発生確率をもとにして［0, 1］区間を再帰的に分割して符号語を演算によって求める方式であり，演算は複雑であるがハフマン符号に対して高圧縮率が達成できるというメリットがある．AVC/
H.264 において圧縮率を向上させた要素技術の一つとして
算術符号化の貢献は大きい．
量子化マトリックス（Quantization matrix）
映像を離散コサイン変換して得られる DCT 係数を量子化する際に，量子化の際に係数ごとに量子化幅を変えることができるようにするのが量子化マトリックスである．人間の視覚の観点から，高周波成分の変化は低周波成分の変化よりも検知しにくいという特性があるため，高周波成分を低周波成分よりも粗く量子化しても視覚的な影響は少な
いといえる．DCT 係数は映像を DCT 周波数基底の線形和で表す際の重み係数であるから，低周波基底に対する DCT
係数を細かく量子化し，高周波基底に対する DCT 係数を粗く量子化するように設定すればよい．映像では通常二次
元 DCT が用いられるため，DCT 係数も二次元となり，係数ごとの量子化幅の指定は二次元のマトリックスとして提供される．

論評・サーベイ論文

スでは要求されるエンコード条件は異なる．このようなエンコーダ側 / デコーダ側両方に存在する．
ローカルデコード映像（Local decoded image）
エンコーダ側の処理にデコーダ処理そのものをもたせて得られる復号信号のことで局所復号信号ともいう．復号側で再生されるものと同じ映像データが得られる．ローカル
デコード映像の必要性は，予測処理の存在に起因する．エンコーダとデコーダで予測信号を一致させておかないと「ドリフト」と呼ばれる現象が起こり再生映像が徐々に劣化してしまうことになる．
ウェーブレット変換（Wavelet Transform，WT）
画像信号に対して低域フィルタと高域フィルタを施してそれぞれ半分に間引き，間引かれた信号のうち低域成分に対して，再び低域フィルタと高域フィルタを施して半分に間引くという処理を繰り返すと，最終的に一つの低域成分と，複数の高域成分に分割される．一次元信号に対して 3
回の分割処理を繰り返す例を考えると，最終的に得られる
信 号 は， 一 つ の 低 域 成 分 L0 と 三 つ の 高 域 成 分 H0，H1，
H2 になる．一般的にこの画像分割を施すことをウェーブ
レット変換（WT）と呼ぶ．逆変換も同様に定義でき，補間により画素数を増やした上で低域フィルタと高域フィルタを施すことで実現できる．ここで，分割側と合成側の低域フィルタと高域フィルタの組合せを適当に選ぶと，完全再構成（WT してまたもとに戻すと変換前と同じ信号が得られる）が実現できる．WT 符号化は，画像を WT して得られた信号を適宜符号化するものである．デコードの際にどの階層までの高域データを用いるかにより，再生画像サイズを変化させることができるため，空間スケーラビリティの実現に適している．ディジタルシネマなどで用いられている JPEG2000 は WT を基本とした標準方式である．
SN 比（信号対雑音比，Signal to noise ratio）
映像圧縮における SN 比は画質を定量化するための一つの指標である．原映像と復号映像の平均二乗誤差の平方根
を RMSE とすると SN 比は，20 log（255/RMSE）［dB］で計算できる．簡単に算出できるため画質の目安の一つとしてよく使われるが，人間が目で観測した際の画質に対応しない場合もあるので注意を要する．特に圧縮率が高い場合には SN 比はあまりあてにできない場合が多い．
コンテクスト適応（Context adaptive）
コンテクストとは日本語にすると「文脈」である．ある画
素を考えた場合，その画素はその周囲の画素と何らかの因果関係にあると考えられる．周囲の画素の状況（文脈）によって，対象画素の処理の方法を適応的に変える処理をコンテ
クスト適応処理という．例えば，ある符号化対象画素に対する予測値を作る場合に，周囲の画素における画素値の分
布状況によってどのような予測をすればよいかを切り換え
る よ う な 処 理 が こ れ に 相 当 す る． ま た， 最 近 の 例 で は，
AVC/H.264 において，過去の処理状況によって符号割当を
切 り 換 え る CAVLC（Context Adaptive Variable Length
Coding），CABAC（Context Adaptive Binary Arithmetic
Coding）
がある．
CBR と VBR（Constant Bit Rate/Variable Bit Rate）
符号化されてできあがる圧縮ストリームにおいて，単位時間当りの映像に対するストリームの情報量が一定のもの
を CBR，情報量が時間的に変化するものを VBR と呼ぶ．
映像信号は時々刻々変化することや，フレームごとの圧縮パラメータが同じではないことなどから，映像圧縮においては情報量は時間的に必ず変化するため，CBR/VBR の区
別は前記「単位時間」の設定に左右されるが，通常 1GOP（0.5秒程度）が目安となる．CBR は全体システムの設計がしやすいという利点があり，リアルタイム通信やストリーミン
グを行う場合に用いられる．一方 VBR は入力映像に追随し164た柔軟な情報割当が可能となるので CBR よりも画質が向上
するが，瞬間的に大量のデータが出力される場合もあるため，ピークレート制御やバッファの制御に工夫が必要となる．DVD などの蓄積向けアプリケーションには VBR がよく用いられる．
TS と MP4
TS（Transport Stream），MP4 は い ず れ も MPEG で 規定されたメディア多重形式である．
ビデオやオーディオを圧縮したデータのそれぞれはエレ
メンタリストリームと呼ばれる．TS はこれらのビデオ圧縮
データとオーディオ圧縮データを多重して伝送するためのものであり，このエレメンタリストリームを 188 バイト固定長のトランスポートパケットに分割して多重していく．
TS には，同期情報や，複数のプログラムの識別信号，エラー検出の仕組みなどがヘッダとして含めることができるため，
ネ ッ ト ワ ー ク 伝 送 に 適 し た 方 式 と な っ て お り， 特 に
MPEG-2 TS 形式は，地上デジタル放送，BS デジタル放送など広く用いられている．
一方，MP4 は，映像・音声などの符号化データを組み合わせて多重化するためのファイルフォーマットである．ビデオとして MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4 などを，オーディオとして AAC，MP3 などを使えるほか，JPEG などの静止画やテキストの多重化も可能な構成になっている．MP4
は PC での動画ファイル再生や，3GPP 携帯向けコンテンツ
形式としても用いられている．

文
献“［1］ 平成 16 年度 通信ネットワーク利用放送技術に関する研究開発成果報告書， 独立行政法人情報通信研究機構，May
2004.
［2］ 八島由幸， 映像の IP ネットワーク配信の将来像， 映情学誌，vol.59, no.11, pp.1607 ─ 1610, Nov. 2005.
［3］ “ 超臨場感コミュニケーション産学官フォーラムの設立に向けて， 独立行政法人情報通信研究機構報道発表資料，

2006. http://www.scat.or.jp/urcf/img/newsrelease061221.
pdf［4］ ISO/IEC 13818-1/2/3 International standard, Information
technology - Generic coding of moving pictures andassociated audio: systems/visual/audio, Nov. 1994.
［5］ Recommendation ITU-T H.264, ISO/IEC 14496-10 AVC,
“ Advanced video coding for generic audiovisual
services,” 2003.
［6］ “ Digital cinema system specification v1.0, ” Digital
Cinema Iniiatives（DCI），LLC, 2005.
［7］ 2006 年技研公開資料， 究極の高臨場感システムの実現─
スーパーハイビジョン， http://www.nhk.or.jp/strl/open2006/
tenji/t06.html［8］ 山下誉行，三谷公二，菅原正幸，島本 洋，岡野文男， 走査
線 4000 本 級 4 板 式 超 高 精 細 動 画 カ メ ラ， 映 情 学 誌，
vol.58, no.3, pp.383 ─ 391, March 2004.
［9］ K. Kanazawa, I. Kondoh, F. Okano, F. Haino, M. Sato, K.
Doi, and K. Hamada, “An ultrahigh-definition display
using the pixel offset method,” J. SID vol.12, no.1, pp.93
─ 103, 2004.
［10］ Recommendation ITU-R BT.1769, “Parameter values foran expanded hierarchy of LSDI image formats for
production and international programme exchange, ”
2006.
［11］ Recommendation ITU-T J.601, “ Transport of large
screen digital imagery （ LSDI ） applications for its
expanded hierarchy,” 2005.
［12］ L. Spillmann and J. S. Werner, Visual perception theneurophysiological foundations, Academic Press, 1990.
［13］ 魚住貴史，後山直哉，浜本隆之， 高フレームレート画像のフ リ ッ カ レ ス 化 と 高 精 細 化， 信 学 論（A）
，vol.J89-A，
no.11, pp.932 ─ 940, Nov. 2006.

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

82, Jan. 2001.

［16］ “High dynamic range image - HDRI: ハイダイナミックレ
ンジイメージ（前編）， CGWORLD，vol.63, pp.114 ─ 117,

Nov. 2003.

［17］ G. Ward, “ The RADIANCE lighting simulation andrendering system,” Proc. ACM SIGGRAPH 1994, pp.459
─ 472, 1994.
［18］ http://www.debevec.org/Probes/［19］ http://www.openexr.com/index.html［20］ 平井経太，中口俊哉，津村徳道，三宅洋一， 視覚モデルに基づいた高ダイナミックレンジ動画像の見え再現， 信学論（A），vol.J89-A, no.11, pp.922 ─ 931, Nov. 2006.
［21］ ITU-R Recommendation BT.709, “Parameter values for

論評・サーベイ論文：高臨場感通信を実現する次世代映像符号化技術

scheme for super high definition video based on
extending H.264 high profile, ” Proc. SPIE, vol.6077,
6077-83, Electronic Imaging 2006, San Jose, US, Jan.
2006.
［39］ S. Sakaida, A. Ichigaya, E. Nakasu, and S. Gohshi,“Compression coding of super hi-vision via expansion of
AVC/H.264 transform block size,” IWAIT2007, P1-24,
pp.902 ─ 906, Jan. 2007.
［40］ Y. Bandoh, S.Takamura, K.Kamikura, and Y.Yashima,“Theoretical model of relationship between frame-rateand bit-rate for encoding high frame-rate video signal,”
IEEE ICIP2005, vol.1, pp.I ─ 841 ─ 844, Sept. 2005.
［41］ 坂東幸浩，高村誠之，上倉一人，八島由幸，高フレームレー
ト映像信号の符号量特性解析モデルに関する一考察， 第20 回画像符号化シンポジウム，PCSJ2005, P-2.08, pp.23
─ 24, Nov. 2005.
［42］ 坂東幸浩，高村誠之，上倉一人，八島由幸，高フレームレー
ト映像に対する時間方向勾配法に基づく動き推定方法に関する検討， 第 21 回画像符号化シンポジウム , PCSJ2006,
P-2.08, pp.49 ─ 50, Nov. 2006.
［43］ F. Amato, C. Galdi, and G. Poggi, “Embedded zerotree
wavelet coding on multispectral images,” IEEE ICIP1997,
vol.1, pp.612 ─ 615, 1997.
［44］ 鷹合大輔，武部 幹， 可逆 WT・KLT を用いるマルチスペ
ク ト ル 画 像 の 情 報 圧 縮， 信 学 論（A）
，vol.J84-A, no.3,
pp.298 ─ 308, March 2001.
［45］ 川崎洋平，間瀬亮太，村上百合，小尾高史，山口雅浩，大山永昭， JPEG2000 に基づく色再現を目的としたマルチス
ペクトル画像の圧縮， 日本光学会年次学術講演会 Optics
Japan 2003, Dec. 2003.
［46］ S. Takamura and Y. Yashima, "Multiband video signal
coding with H.264/AVC, MPEG-4 studio profile andmotion JPEG 2000 and associated signal format,” 画電学誌，vol.33, no.5, pp.792 ─ 801, Sept. 2004.
［47］ K. Yamamoto, T. Yendo, T. Fujii, M. Tanimoto, M.
Kitahara, H. Kimata, S. Shimizu, K. Kamikura, and Y.
Yashima, “ Multi-view video coding using viewinterpolated reference images, ” Picture Coding
Symposium 2006 (PCS2006), SS3-1, Beijing, China,
April 2006.
［48］ 木村真治，圓道知博，藤井俊彰，谷本正幸， 円形カメラ配
置型自由視点テレビの情報圧縮， 2005 年画像符号化シンポジウム，PCSJ2005, P-2.14, pp.35 ─ 36, 2005.
［49］ 韓 昇龍，山崎俊彦，相澤清晴， 3 次元ビデオ圧縮における拡張動き補償残差データの符号化， 2003 年画像符号化
シンポジウム，PCSJ2005, P-3.03, pp.49 ─ 50, 2005.
［50］ E. Reinhard, M. Stark, P. Shirley, and J. Ferwerda,“ Photographic tone reproduction for digital images, ”
ACM Trans. Graphics, vol.21, no.3, pp.267 ─ 276, 2002.
［51］ G. Ward and S. Maryann, “Subband encoding of highdynamic range imagery,” First Symposium on Applied
Perception in Graphics and Visualization, APGV, Aug.
2004.
［ 52 ］ H. Schwarz, T. Hinz, D. Marpe, and T.Wiegand,“ Constrained inter-layer prediction for single-loop
decoding in spatial scalability,” IEEE ICIP2005, vol.2,
pp.II-870-3, 2005.
［53］ K. De Wolf, R. De Sutter, W. De Neve, and R. Van deWalle, “Comparison of prediction schemes with motion
information reuse for low complexity spatial scalability,”
Visual Communication and Image Processing, VCIP’05,
pp.1911 ─ 1920, 2005.
［54］ 嶋内和博，坂爪 智，熊倉 徹，上田基晴， スケーラブル
符号化における階層間推定処理を用いた予測効率の向上 ,2006 年画像符号化シンポジウム PCSJ2006, P-4.01, Nov.
2006.
［55］ H. Schwarz, D. Marpe, and T. Wiegand, “Analysis ofhierarchical B pictures and MCTF,” IEEE International

165

小特集❷

the HDTV standards for production and international
program exchange,” 2002.
［22］ IEC 61966-2-4, “Multimedia systems and equipment ─
Colour measurement and management, part 2 ─ 4: Colour
management – Extended-gamut YCC colour space forvideo applications –xvYCC,” 2006.
［23］ 山口雅浩， ナチュラルビジョン─多原色に基づく新しい映像 シ ス テ ム， 映 情 学 誌，vol.58, no.12, pp.1722 ─ 1727,
Dec. 2004.
［24］ Exhibition of “Multi-spectral cameras（6 band HDTV，16
band BRDF），multi-primary display, and hi-saturated
color CG（IRODORI）systems,” SIGGRAPH 2006.
［25］ ナチュラルビジョンプロジェクトホームページ，http://
www.nvision.jp/［26］ 谷本正幸， 自由視点テレビ FTV， 信学論（A），vol.J89-A,
no.11, pp.866 ─ 872, Nov. 2006.
［27］ H.264 を超えられるか─映像符号化のブレイクスルー， 映像 情 報 メ デ ィ ア 学 会 講 習 会 資 料，2007 年 3 月 13 日，
2007.
［28］ T. Wiegand, G. J. Sullivan, G. Bjontegaard, and A.
Luthra, “ Overview of the H.264/AVC video coding
standard, ” IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol.,vol.13, no.7, pp.560 ─ 576, July 2003.
［29］ 大久保栄（監修），H.264/AVC 教科書，インプレス標準教科書シリーズ，2006.
［ 30 ］ ISO/IEC 15444-1, Amd.1:2006: “ JPEG 2000 image
coding system，Profiles for digital cinema application,”
2006.
［31］ T. Yamaguchi, M. Nomura, K. Shirakawa, and T. Fujii,"SHD movie distribution system using image container
with 4096x2160 pixel resolution and 36 bit color,” IEEEISCAS2005, pp.5918 ─ 5921, May 2005.
［32］ D. Shirai, T. Yamaguchi, T. Shimizu, T. Murooka, and T.
Fujii, "4K SHD real-time video streaming system with
JPEG 2000 parallel codec,” IEEE APCCAS 2006, pp.
1857 ─ 1860, Dec. 2006.
［33］ C. Gomila and A. Kobilansky, “ SEI message for film
grain encoding,” JVT Document, JVT-H022, May 2003.
［34］ 後藤崇行，常松祐一，渡辺 裕， フィルムグレインを考慮した H.264/AVC 符号化に関する一検討， 情処学 AVM 研報，2005-AVM-49, pp.31 ─ 36, July 2005.
［35］ K. Nakamura, Y. Yoshitome, and Y. Yashima, “Super highresolution video codec system with multiple MPEG-2
HDTV LSIs,” IEEE ISCAS2004, vol.III, pp.793 ─ 796, May
2004.
［36］ 西田幸博，市ヶ谷敦郎，黒住正顕，中須英輔， スーパーハ
イビジョン MPEG-2 コーデックの開発， 2006 信学総大，D-11-26, p.26, March 2006.
［37］ 松村篤志，内藤 整，川田 亮一，小池 淳， 超高精細映像を対象とした高圧縮符号化における最大マクロブロックサイ ズ の 決 定 方 式 に 関 す る 一 検 討， 情 処 学 AVM 研 報，

2005-AVM-050, pp.29 ─ 34, 2005．
［38］ S. Naito, A. Matsumura, and A. Koike, "Efficient coding

論評・サーベイ論文［14］ 小笠原俊英，山内正仁，戸村義男，山崎順一，後藤正勝，橋本洋二，長 秀雄，高地栄一，金山茂弘， 毎秒 300 フレー
ム順次走査 HD 高速度カメラ， 映情学技報，IST2005-34,
vol.29, no.35, pp.5 ─ 8, June 2005.
［15］ 小室 孝，石井 抱，石川正俊，吉田 淳， 高速対象追跡ビ
ジョンチップ， 信学論（D-II），vol.J84-D-II, no.1, pp.75 ─Conference on Multimedia and Expo, ICME2006 ，pp.1929 ─ 1932, July 2006.
［56］ J. Ohm, “ Three-dimensional subband coding withmotion compensation, ” IEEE Trans. Image Process.,
vol.3, no.5, pp.559 ─ 571, Sept. 1994.
［57］ S.-J. Choi and J. W. Woods, “Motion compensated 3-D
subband coding of video,” IEEE Trans. Image Process.,
vol.8, no.2, pp.155 ─ 167, Feb. 1999.
［58］ W. Li, “Overview of fine granularity scalability in MPEG-4
video standard, ” IEEE Trans. Circuits Syst. Video
Technol., vol.11, no.3, pp.301 ─ 317, March 2001.
［59］ F. Wu, S. Li, and Y. Zhang, “A Framework for efficient
progressive fine granularity scalable video coding,” IEEE
Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol.11, no.3, pp.332
─ 343, March 2001.
［60］ H. Schwarz, D. Marpe, and T. Wiegand, “Overview of thescalable H.264/MPEG4-AVC extension,” IEEE ICIP2006,
pp.161 ─ 164, 2006［61］ J. Reichel, H. Schwarz, and M. Wien, “Joint scalable
video model JSVM-8, ” ITU-T and ISO/IEC JTC1,
JVT-U202, Oct. 2006.
［62］ D. Taubman, “ High performance scalable image
compression with EBCOT,” IEEE Trans. Image Process.,
vol.9, no.7, pp.1158 ─ 1170, July 2000
［63］ M. Winken, D. Marpe, H. Schwarz, and T. Wiegand, “SVC
bit depth scalability, ” Joint Video Team （ JVT ），JVT-V078, Marrakech, Morocco, Jan. 2007.
［64］ R. Ulichney and S. Cheung, “Pixel bit-depth increase by
bit replication, ” Color Imaging: Device-Independent
Color, Color Hardcopy, and Graphic Arts III, Proc. SPIE
vol.3300, pp.232 ─ 241, Jan. 1998.
［65］ Y. Gao and Y. Wu, “Bit depth scalability,” Joint Video
Team （ JVT ）， JVT-V061, Marrakech, Morocco, Jan.
2007.
［66］ 大迫史典， 八島由幸，小寺 博，渡辺 裕，島村和典， 動的演算量スケーラブルアルゴリズムによるソフトウェア画
像符号化， 信学論（D-II），vol.J80-D-II, no.2, pp.444 ─ 458,
Feb. 1997.
［67］ 西 和彦，片山泰男，正村和由，持田康典， 計算処理能力に応じた QOS 概念に基づく動画像符号化処理方式， 信学
論（B），vol.J82-B, no.1, pp.19 ─ 30, Jan. 1999.
［68］ S. Y. Huang, “Adaptive computation-aware scheme forsoftware-based predictive block motion estimation,” J.
Vis. Commun. Image Represent. vol.17, pp.767 ─ 782,
2006.
［69］ 浅井光太郎， MPEG ビデオ国際標準化の最新動向─ MPEG
国際標準化の近況， 映像情報メディア学会講習会資料，2006 年 2 月 23 日，Feb. 2006.
［70］ M. Ikeda, T. Kondo, K. Nitta, K. Suguri, T. Yoshitome, T.
Minami, J. Naganuma, and T. Ogura, “An MPEG-2 video
encoder LSI with scalability for HDTV based on threelayer cooperative architecture,” Design, Automation andTest in Europe Conference 1999, DATE’99, pp.44 ─ 50,
March 1999.
［71］ H. Iwasaki, J. Naganuma, K. Nitta, K. Nakamura, T.
Yoshitome, M. Ogura, Y. Nakajima, Y. Tashiro, T. Onishi,
M. Ikeda, and M. Endo, “Single-chip MPEG-2 422P@HL
codec LSI with multi-chip configuration for large scale
processing beyond HDTV level,” Design, Automation
and Test in Europe Conference 2003, DATE’03, pp.2 ─ 7,
March 2003.
［72］ T. Onishi, M. Ikeda, J. Naganuma, M. Endo, and Y.
Yashima, “A distributed TS-MUX architecture for multiship extention beyond the HDTV level,” IEEE ISCAS2004,
pp.II-261-II-264, May 2004.
［73］ T. Yoshitome, K. Nakamura, Y. Yashima, and M. Endo, “A
scalable architecture for use in an over-HDTV real-time
codec system for multiresolution Video, ” 2003 SPIE
Visual Communications and Image Processing,
VCIP2003, pp.1752 ─ 1759, Switzerland, July 2003.
［74］ 内藤 整，小池 淳， JPEG2000 符号化の並列処理実装に166関する一検討， 情処学 AVM 研報，2005-AVM-48, pp.1 ─ 6,

March 2004.

［75］ “ 動 的 再 構 成 可 能 デ バ イ ス， そ の 素 性 と 実 力， Design
Wave Magazine, pp.19 ─ 79, Aug. 2004.
［76］ “ リコンフィギャラブル LSI 最前線， FIT2006 イベント企
画，2006.
［77］ 峯岸孝行，江井友美美，小野みどり，遠山 治，黒田雄樹，
深山正幸，吉本雅彦， 動的再構成可能な H.264/MPEG-2/
MPEG-4 対応 HDTV コーデック可変長符復号プロセッサコ
ア， 信学論（D），vol.J89-D, no.6, pp.1091 ─ 1100, June

2006.

［78］ 秦泉寺久美，中嶋淳一，上倉一人，八島由幸， DCT 係数を用いた主観品質に寄与する特徴の推定と MPEG-4 スケーラ
ブル符号化への適用， 信学論（D-II），vol.J87-D-II, no.9,
pp.1765 ─ 1776, Sept. 2004.
［79］ 藤野雄一，橋爪 誠，田上和夫，小西晃造，家入里志，清水周次，中島直樹，岡村耕二，上田幸宏，下野美智留，光石衛， 割 澤 伸 一， 荒 田 純 平， 高 橋 弘 樹，P.
Pitakwatchara， グローバルメディカルテレインストラクション構想と日本 - タイ間スケーラブル CODEC ベース遠隔手術実証実験， 2006 信学ソ大（通信），BS-7-7, 2006.
［80］ 益満 健，越後富夫，吉村 健，栄藤 稔， 映像の意味的重要度に基づく配信制御̶SemanticQoS， 信学論（D-II），
vol.J87-D-II, no.2, pp.534 ─ 543, Feb. 2004.
［81］ J. Lim, K. Ngan, W. Yang, and K. Sohn, “A multiview
sequence CODEC with view scalability,” Signal Process.,
Image Commun., vol.19, no.3, pp.239 ─ 256, 2004.
［82］ S. Shimizu, M. Kitahara, K. Kazuto, and Y. Yashima,“Multi-view video coding based on 3-D warping withd e p t h m a p , ” P ro c . P C S 2 0 0 6 , P i c t u re C o d i n g

Symposium, Beijing, China, April 2006.

［83］ J.-U. Garbas, U. Fecker, T. Troger, and A. Kaup, “4D

scalable multi-view video coding using disparity
compensated view filtering and motion compensatedtemporal filtering,” Proc. 2006 IEEE 8th Workshop on
Multimedia Signal Processing, pp.54 ─ 58, Victoria,
Canada, Oct. 2006.

（平成 19 年 3 月 16 日受付，5 月 18 日再受付）

八島 由幸（正員）▶ 昭 56 名 大・ 工・ 電 子 卒， 昭 58 同 大 大学院工学研究科電子工学専攻修士課程了．
同年日本電信電話公社（現 NTT）入社．以来，主として画像信号の高能率符号化アルゴリ
ズム，HDTV 信号符号化装置，動画像信号
処理，MPEG 関連システムの研究開発に従事．現在，日本電信電話（株）NTT サイバー
スペース研究所画像メディア通信プロジェ
クト映像符号化技術グループリーダ，主幹研究員．工博．平 16 より東京工業大学客員教授．2004 年画像符号化シンポジウムフロン
ティア賞，2005 年度高柳記念電子科学技術振興財団高柳記念奨励賞受賞．IEEE，情報処理学会，映像情報メディア学会各会員．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

巻末言 …………………………………
学会の TCS 活動

持ち悪いはずです．それよりも理解しようと努力している姿勢の現れにこそ，大きな意味があると思うのです．人はだれしも周りの人から配慮（respect）されていると実感したとき，とて通信ソサイエティ副会長

野本真一

もうれしいものです．最近，地下鉄の駅構内で見かける公共広告機構のポスターに，江戸っ子がもっていた粋な都会生活の知恵である「江戸しぐさ」を題材にして，周りの人へのちょっとした気配り（マナーやエチケットの向上）を訴えたものがあります．
あの「江戸しぐさ」がなぜ粋なのか，好例だと思います．また，

TCS の T（Total）には，どのような立場にあっても，その人からみてお客さま（あるいは更にその先にいるお客さま）が存在す
通信ソサイエティマガジン（以下通ソマガジン）の第 2 号が届きました．読者の皆さん方の間での評判はいかがでしょうか？
創刊号と比較して期待どおりだったでしょうか？ 2 年目のジンクスではありませんが，御披露目よりも 2 回目・3 回目の方が編集側のプレッシャーは大きいかもしれません．
さて，この通ソマガジンですが，通信ソサイエティとしての会員サービス向上の取組みを具体化させたものであることは明らかです．会員サービスを提供する側と受ける側とでは，どのような観点が重要なのでしょうか？ たまたま通信サービスを提供する企業に籍を置いていますので，その中で強化している「TCS（Total Customer Satisfaction）
活動」を紹介したいと思います．
少し大げさに聞こえてしまいますが，その理念は，「どんな職場，職務にあっても必ずお客さまは存在する．そのお客さまの立場に立って考え行動する」ことでお客さま満足の向上に取り組もうというものです．企業ですのでその活動の原点は「お客さまのために最善をつくす」，分かりやすい言い方をすれば「お客さまは神様です」から始まっています．しかし，通信事業も
かつては，ともすればお客さま（加入者とか利用者などと呼んでしまっていた時代もありました）と直接触れ合う機会をあまりもたないまま，事業展開してきたのが事実です．つまり，お客さまと互いに顔の見えない関係にありました．電話端末の自由化やケータイによるパーソナル化の後に，街角にケータイショップが氾濫するようになってこの関係は大幅に改善されました．しかし，ともすれば通信ソサイエティが深く関与するネット社会の進展とともに，（リアル社会での）顔は再び見えにくくなる可能性もあります．
実は，顔が見える見えないの一番の違いは，先に触れたように，「相手の立場に立って考える」ことができるかどうかにあります．具体的には，相手のことを理解できているかどうか，互いにそれぞれのニーズやシーズを把握しているか，等々といっるという意味も込められています．つまり社員にとって，エンドユーザや取引先あるいは株主だけがお客さまではなく，上司や 部 下 も ま た，あ る 意 味 で お 客 さ ま な の で す（ す べ て のstakeholder がお客さま）．こうして人と人の絆としての信頼関係を，相互方向として，地道に固めていき，お客さま満足実現
をみんなで追い求めていこうという終わりのない活動がこのTCS です．
電子情報通信学会並びに通信ソサイエティを考えたとき，サービス提供者とサービス受給者の間の TCS はどういうことになるでしょうか？ そもそも，サービス提供者とサービス受給者というように一方向で考えるのは良くないのでしょう．あるときは提供者であり，またあるとき（というよりも，ほぼ同時に）受給者でもあるわけですから．
（通信プロトコルのレイヤ間インタフェースとはかなり違いますね・・・） しかも学会はいわば互助会であって，それを支えているのは，そもそもが会員（事務局も含めたファミリー）です．普段，皆さんはどのような形で学会と接していますか？ 一例として活発な会員が，論文を執筆して投稿する場合，あるいは，論文を査読したり編集委員として採録を検討したりするときは，どうでしょうか ? こ
ういうときも TCS の考え方をちょっと取り入れるだけで，それぞれの役割において品質と効用がぐんと高まります．国際社会
でお国自慢するのもはばかられますが，先ほどの「江戸しぐさ」にありますように，日本人はそもそも気配りという面において，他民族よりも実に優秀なはずです．かゆいところに手が届く商
品やサービスを次々と想像し，創造してきました．その強みを是非捨てないようにしたいです．
通ソマガジンの編集もしかり．この通ソマガジンを話題にし，巻末のメールアドレスに読者の声を投稿し，・・・，編集委員会に何らかの形でフィードバックが届くようにし，読者と編集者，
互いに互いの顔が見えるようになれば，とても粋だなと思います．

たことなのでしょうが，私は，実際には完全に正しく理解できているかどうかはそれほど重要ではないと思っています．なぜなら，お互い人間ですから，完全に理解されているのは逆に気

167

編集後記

れた感覚で，自分は大変気にようなマガジンが洗練された誌とはまた違った醍醐味を味入っています．皆様に長らく表紙をまとって発刊されるにわって頂ければ幸いです．そ頂ければ幸いです．そければ幸いです．そ愛読してほしいと願います．
ほしいと願います．
しいと願います．

至りましたが，まさにホットれにしても今回の特集で，無（M.O.）
M.O.））

なテーマの小特集や最新国際線 PAN にもニーズに合わせ▶タイトなスケジュールの会 議 報 告 な ど， 編 集 委 員 自ていろいろな規格があり，進中，しかも新しい雑誌の論文

身が読みたいと思える内容が化し続けていることを改めて査読・校閲に御協力頂いた皆御協力頂いた皆協力頂いた皆頂いた皆
いた皆「柔らかく」詰まっています．

実感しました．

（H.O.）

様ありがとうございました．
いました．
ました．

このマガジンをますます魅力▶第 2 号も第 1 号にまして内▶創刊号から今後発行される

今回の PAN のように特定分的なものとするために，皆様皆様

容が盛りだくさんで，皆さん

第 4 号までは編集委員会が企野の複数システムを比較する

からの要望のフィードバックに有益なマガジンになったの画してきました．通ソ会員のきました．通ソ会員のました．通ソ会員のような特集はマガジンの一つ一つつをお待ちしています．
（H.T.）

ではないかと思います．私自

読みたい内容になっているだの特徴だと思います．もの作▶「建物の雑誌ですか？」「ト

身，まだ，というかほとんど

ろうか，それが一番気になりりの現場でも活用しやすいの

レンディ雑誌？」創刊号を手貢献していませんが，今後，ますし，本マガジンが成功すではないでしょうか．
（A.T.）に取った読者の方からいろい

質を落とさないように貢献ししるポイントだと思います．今▶野球でいえば，2 番バッター

ろな第一印象をお聞かせ頂
頂ていければと思います．

後は読者の皆様からも提案をは堅実で脇役に徹するイメー

いていますが，皆様はどのよ（J.H.）

頂いて，より良い内容にして，より良い内容にしてジですが，本誌の 2 号は 1 号

うにお感じになられたでしょ▶編集委員の活動を通して，

いきたいと思います．
（M.I.）
M.I.））に続けとばかり全力でバットう か？

こ の 第 2 号 も， 電

今まで存じ上げなかった方や▶第 2 号がようやく仕上がを振り回しております．

車の中や仕事の息抜きなど，

論文，書物と知り合う多くのりました．スクラッチからの著者の方々の御協力によ
御協力によ
協力によ

ちょっとした時間に，気軽に機会を頂けたことに感謝してスタートで，ようやく手がけ，ようやく手がけようやく手がけり，本誌が 100 号になったと手にとって頂ければ幸いで頂ければ幸いでければ幸いでいます．本マガジンをパラパ．本マガジンをパラパ
本マガジンをパラパた記事が掲載され感慨深いで
感慨深いで
深いで

きでも，手にとって読みたくす．かわいがってやって下さ

ラめくりワクワクしながら巨す．マガジンの表紙デザイン

なる．そんな 2 号になったと

い．

（K.Y）

人の肩の上で少し遠くを眺め

は編集委員でずいぶん議論を思います．

（S.S.）▶小特集や国際会議報告なてみたいものです．
． （A.A.）

して選出しましたが，洗練さ▶有益な技術情報の玉手箱のど，形体は似ていますが学会

次号予告2007 年冬号（第 3 号）
2007 年 12 月 1 日発行
私の研究者歴 ─ 安田 靖彦
私の技術者歴 ─ 金子 尚志
小特集 ─ 通信のための宇宙利用技術の最新動向
国際会議報告 ─ ICC 2007

本誌の名称は「通信ソサイエティマガジン」「IEICE Communications Society Magazine 」
です．
本誌掲載論文を文献引用する際は，邦文略称「信学通誌」，英文略称「IEICE Commun. Mag. 」
を用いて下さい．

電子情報通信学会

通信ソサイエティマガジン
Communications Society Magazine

2007年秋号（第2号） 2007年8月25日 印刷 2007年9月1日 発行
発行者／家田信明
発行所／㈳電子情報通信学会 通信ソサイエティ
105-0011 東京都港区芝公園3-5-8 機械振興会館
TEL：03-3433-6691（代表） 振替：00120-1-35300
制 作／㈲編集室なるにあ
113-0033 東京都文京区本郷 3-3-11© Copyright 2007 IEICE. All rights reserved.

編集委員会

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大橋正良

小瀬木滋
清水 聡
高橋応明

落合秀樹
関屋大雄
田島公博

笠原正治
平 明徳
戸出英樹

中村 元

広川二郎

山岡克式

い．
但し，
（社）
日本複写権センター（同協会より権利を再委託）と包括複写許諾契約を締結されている企業の社員による社内利用目的の複写はその必要はありま
せん（社外頒布用の複写は許諾が必要です）．
権利委託先：（中法）
学術著作権協会
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