宮崎哲弥

和田尚也

ベド カフレ

古川英昭

井上真杉

宮澤高也

原井洋明

大和田泰伯

淡路祥成

川西哲也

菅野敦史

門脇直人

李 還幇

原田博司

石津健太郎

村上 誉

児島史秀

有本好徳

辻 宏之

高橋 卓

秋岡眞樹

豊嶋守生

高橋幸雄

中尾康二

情報通信の

未来をつくる研究者たち
井上大介 衛藤将史 高橋健志 野島 良 大久保美也子
松尾真一郎

益子信郎

西永 望

下條真司

三輪信介

翠 輝久

水上悦雄

木俵 豊

岩澤昭一郎

大井隆太朗

内山将夫

吉田俊介

金 京淑

柏岡秀紀

風間淳一

安藤広志

岩爪道昭

荒川佳樹

大岩和弘

寳迫 巌

武岡正裕

佐々木雅英

大友 明

村上陽平

隅田英一郎

王 鎮 成瀬 康 今水 寛 平林美樹 岩本政明 井口俊夫
川村誠治

浦塚清峰

笠井康子

高橋暢宏

津川卓也

亘 慎一

井戸哲也

花土ゆう子

今村國康

岩間 司

藤井勝巳

水野麻弥

登坂俊英

和氣加奈子

福永 香

独立行政法人 情報通信研究機構 発行

はじめに
インターネットや携帯電話の普及などを④高精度な時刻情報や環境情報などを通じて、読者の皆様も、情報通信技術（ICT）

誰もが便利で安全に利用できるようにの発展を身近に感じておられるのではないする電磁波センシング基盤技術

かと思います。今日、ICT は、私たちの生活を支える基盤として、また、日本の経済の成長

本書では、こうした研究開発に取り組んと発展、豊かで安心・安全な社会の実現のでいる研究者が自らの言葉で、それぞれ原動力として、重要な役割を果たしています。

の研究開発の内容を紹介しています。例
えば、脳や生物のメカニズム、物質の特性

情報通信研究機構（NICT）は、情報通といった自然界の原理を解明し、革新的信分野を専門とする唯一の公的研究機関

な技術を創造しようとするものから、インとして、現在、以下の 4 つの基盤技術の研ターネットに代わる新たなネットワークや究開発に取り組んでいます。

災害時にもつながるネットワークの構築①より便利で高品質かつ安 全なネットを目指すもの、超臨場感通信や音声翻訳ワークを、低消費エネルギーで実現する通信を実現しようとするものまで、一読さネットワーク基盤技術

れると NICT で進められている研究開発②より人に優しいコミュニケーションをの広がりに驚かれるかもしれません。

実現するユニバーサルコミュニケー
ション基盤技術002

情報通信のような分野では、基礎研究③未来の情報通信にパラダイムシフトをが、周辺技術の進展によって、急に応用にもたらす新概念を創出する未来 ICT

結びつくことはよくあります。また、異な基盤技術る研究分野にまたがる研究により、全く新しい技術が生み出されることも期待されます。私たちは、幅広い研究者の力を結集することで、次の世代につながる技術的基盤を築いていきたいと考えています。
私は、常々 NICT のような研究機関において一番大事なのは、何よりも研究者
一人ひとりだと思っています。研究者は、
明るい未来の実現に向けて、目を輝かせて頑張っています。研究者にとって、研究開発の成果が世の中で使われることに過ぎる
喜びはありません。
本書は、そうした研究者一人ひとりの姿が見えるよう編集しました。紙面の制約で一部の研究者しか紹介できませんでした
が、NICT では多くの研究者が日夜研究

宮原 秀夫（みやはら ひでお）
理事長

大阪大学総長を経て、2007 年 9 月から現職。工学博士。

開発に取り組んでいます。
本書が、NICT の研究者とその研究活動のご理解の一助となることを願っています。

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003

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥ

ॸ࢞ଞȹȻ

はじめに … …………………………………… 002

第Ⅰ 章

目次



電 波をフレキシブルに利用する
コグニティブ無線システム………………… 040



ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

石津 健太郎

東日本大震災被災地における無線LANによる
インターネット環境の構築………………… 044

ネ ットワーク進化の最先端をリードし、新世代ネットワークの実現を目指す……… 008



村上 誉

新しい無線システムを生み出す
ワイヤレスグリッド技術…………………… 048

宮崎 哲弥

光
 パケット・光パス統合ネットワーク… … 010







和田 尚也・古川 英昭・宮澤 高也

ID・ロケータ分離による新世代ネットワーク
アーキテクチャ……………………………… 014
原井 洋明・ベド カフレ

地域の神経網を担うネットワーク
NerveNetの研究… ……………………… 018


児島 史秀

井上 真杉・大和田 泰伯



有本 好徳

 電
 波を使った侵入者検知システムの開発………………………………………………… 056


辻 宏之

 「きずな」
(WINDS)の宮城県での運用について………………………………………………… 060
高橋 卓・秋岡 眞樹

光通信インフラの革新を目指して………… 022
淡路 祥成高 速・大容量通信を実現した
新しい光無線通信装置… ………………… 052

宇 宙光通信と衛星量子鍵配送… ………… 064
豊嶋 守生「ひかり」を自由にあやつる………………… 026
川西 哲也・菅野 敦史
２. ワイヤレスネットワーク技術

３. ネットワークセキュリティ技術



NICTワイヤレスネットワーク研究所の研究開発概要… …………………………… 030
門脇 直人

体とその周囲を取り巻く
ボディエリアネットワーク… ……………… 032





004

李 還幇

高度電波利用データベース技術を利用した…
次世代ワイヤレス通信ネットワーク… …… 036
原田 博司

安 心・安全に情報をやりとりできる
ネットワークセキュリティの研究開発を推進………………………………………………… 068
高橋 幸雄



イ
 ンシデント分析センター
nicter ……………………………………… 070
中尾 康二・井上 大介

ネ ットワークリアルタイム可視化システム
NIRVANA… ……………………………… 076
井上 大介・衛藤 将史

セ キュリティ情報交換と標準化(CYBEX)………………………………………………… 080




高橋 健志



プ
 ライバシ保護技術… …………………… 088
大久保 美也子過 不足のないセキュリティを実現する
セキュリティアーキテクチャ… …………… 092
松尾 真一郎新 しいネットワークのかたち
ITU-T Y.3001について…………………… 100
新 世代通信網テストベッド JGN-X… …… 104




下條 真司

大
 規模エミュレーション環境StarBED3(スターベッド・キュービック)……………… 108コ ミュニケーションの壁を越えるためのユニバーサルコミュニケーション基盤技術……………………………………………… 114

情 報分析技術… …………………………… 144



風間 淳一

五
 感を伝える多感覚統合・評価技術……… 148


安藤 広志

大
 量の情報を蓄え研究を支える情報基盤技術………………………………………………… 152


岩爪 道昭

人の視覚限界に迫る映像技術… ………… 156


荒川 佳樹

第Ⅲ 章


未来ICT基盤技術

量 子・超高周波・ナノ・バイオ研究による先端技術確立を目指して… ……………… 162

翠 輝久・水上 悦雄

超 高周波ICTの挑戦： 超高速無線通信や未踏センシングへ向けて………………… 166




寳迫 巌

究
 極の光通信技術を目指して … ………… 170




武岡 正裕

I
C
T

限
 りなく速く、そして絶対安全な通信に向けて… ……… 174
佐々木 雅英超 高速光通信への扉を開く、
高機能フォトニックポリマー… …………… 178

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

声 できくと、声で答える。
観光案内アプリAssisTra… ……………… 124

Ⅰ−４

大岩 和弘

岩澤 昭一郎電
 子ホログラフィ…………………………… 120

Ⅰ−３

基盤技術

世
 界初！200インチ裸眼3Dディスプレイによる自然な立体視の実現… …………………… 116

大井 隆太朗

隅田 英一郎・柏岡 秀紀

Ⅲ 未来





ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

木俵 豊



世
 界中の人々が母国語で外国人と対話できる
多言語音声翻訳技術… …………………… 140

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

三輪 信介

第Ⅱ 章





Ⅱ







Ⅰ−２

金 京淑・村上 陽平



西永 望

実
 世界とクラウドをつなぐICTインフラ…… 136

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術







新
 世代ネットワーク

次世代ネットワークのさらに先を見据えて… … 096
益子 信郎



吉田 俊介

ネットワークセキュリティ技術

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

fVisiOn:
何もないテーブルの上に浮かぶ

野島 良




内山 将夫

ワイヤレスネットワーク技術



Ⅰ−１

3D映像の作り方…………………………… 132

暗 号技術の新展開… ……………………… 084身 近になった多言語自動翻訳… ………… 128

光ネットワーク技術



大友 明

高
 感度・高速超伝導ナノワイヤ単一光子検出器………………………………………………… 182


王鎮

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

005

脳とICTの融合：

日本のタイムスタンプの仕組みを世界に輸出

脳情報通信技術の確立に向けて……………………………………………………… 238………………………………………………… 186
成瀬 康



思
 い通りに操作できるブレインーマシン・

インターフェィスに大きく前進… ………… 190
D NAナノ構造体でつくる分子ロボットを利用したアンビエントセンサーネットワーク… ……… 1942
 種類の遺伝情報を使い分けて生きる
テトラヒメナ… …………………………… 198

第Ⅳ 章

電磁波センシング基盤技術社
 会を支える電磁波計測技術… ………… 204
井口 俊夫



気
 象レーダで風を見る… ………………… 206



川村 誠治

東日本大震災の被災地の様子を知りたい……………………………………………… 210
浦塚 清峰

超 高感度センサが拓く新しい地球大気のすがた………………………………………………… 214


笠井 康子

 世
 界の雲分布を計測し地球温暖化の鍵を探る………………………………………………… 218
高橋 暢宏



東北地方太平洋沖地震後の大気の波、宇宙まで到達… …………………………… 222
津川 卓也



太
 陽から地球までの観測データをもとに宇宙環境の変動を予測する宇宙天気予報………………………………………………… 226




亘 慎一

誤 差6,500万年に１秒… ………………… 230




井戸 哲也

世
 界最高水準の日本標準時をつくる……… 234
006

電波と光波をつなぐ計測技術…
………… 246


福永 香・藤井 勝巳・水野 麻弥・登坂 俊英

平林 美樹

岩本 政明



携帯電話使用と脳腫瘍に関する

疫学研究のためのばく露評価… ………… 242
和氣 加奈子

今水 寛



岩間 司

花土 ゆう子・今村 國康

情報通信研究機構（NICT）の沿革、
NICTの施設等所在地 ………………………… 251

情報通信の未来をつくる

研究者たち

Ⅰ

第

章

ネットワーク基盤技術
Ⅰ−1.光ネットワーク技術

宮崎哲弥、和田尚也・古川英昭・宮澤高也、原井洋明・べド カフレ、
井上真杉・大和田泰伯、淡路祥成、川西哲也・菅野敦史
Ⅰ−2.ワイヤレスネットワーク技術

門脇直人、李 還幇、原田博司、石津健太郎、村上 誉、児島史秀、
有本好徳、辻 宏之、高橋 卓・秋岡眞樹、豊嶋守生
Ⅰ−3.ネットワークセキュリティ技術

高橋幸雄、中尾康二・井上大介、
井上大介・衛藤将史、高橋健志、野島 良、
大久保美也子、松尾真一郎
Ⅰ−4.新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

益子信郎、西永 望、下條真司、三輪信介

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

Ⅰ−1

ネットワーク進化の最先端をリードし、新世代ネットワークの実現を目指す
宮崎 哲弥（みやざき てつや）
光ネットワーク研究所
研究所長

2002 年より独立行政法人通信総合研究所（現 NICT）
超高速フォトニックネットワークグループ勤務。超高速
光通信・全光信号処理、多値光通信方式の研究に従事。
博士（工学）。自ら実 験をしなくなって久しくなります。
レーザ光を様々な光学機器を通してシングルモード光
ファイバに結合させる実験をまたいつかしたいと思いつつ日々が過ぎていきます。

「 光ネットワーク研究所では要素基盤
技 術からシステム化 技 術、さらにネットワークアーキテクチャまでの研究成果を統合し、革新的情報通信技術の開発を進めていきます。
」
日常生活を支える光ネットワーク

しかし、伸び続ける情報伝送のニーズに既存のネットワーク技術だけで対応しようとすると、ノー008

光ファイバ通信ネットワークは、全世界的に急ドにおいてはルータ内の処理が追いつかずトラ

増しているインターネットトラヒックを支える情ヒックが滞ってしまうボトルネックが顕著となり、報社会のインフラとして、地球を 1 つに結ぶ光海

リンクにおいては波長数増大に伴う中継増幅器や底ケーブルなどの基幹系から各家庭への光ファイ

光ファイバの伝送波長帯域不足、さらにネットワー

バ接続サービスや携帯電話の基地局網を支える

ク全体で設備規模や電力消費が膨大となるなど末端のアクセス系に至るまで導入されています。

の問題が顕在化しつつあります。これらの問題は現状の光ファイバ通信ネットワークではインター

先進国だけに限らず、人口が急増し情報インフラ

ネットトラヒックの交差点となるノードに電子回整備が進みつつある新興国においても社会の持路処理技術によるルータが設置され、パケットの続的発展のため解決すべき課題となるでしょう。

宛先検索や経路切り替えが行われています。一一方で金融ビジネス、医療応用など低遅延性や方、ノード間を結ぶリンクは、光ファイバ 1 本あ

確実性が重視される場合とメールや Twitter なたりに異なる情報を複数の光波長に載せて一括

ど低価格性が重視される場合もあり、通信サービ

伝送する波長多重伝送技術が用いられています。

スに対する要求は多岐にわたっています。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図1

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３
光ネットワーク研究所の研究内容

明るい未来社会の実現を目指してワークの物理層における限界を打ち破る究極の光ノード技術や、マルチコアファイバ等を用いてビス要求に柔軟に適応し、通信量の飛躍的増加

術と交換システム技術の研究を進めています。

に伴う電力消費エネルギーの増大を抑えるととも

さらに、1波長あたりの伝送速度の高速化技術、に高信頼性も確保する、将来に向けて持続発展

波長多重のための未開拓光波長帯域における光通

可能な新世代ネットワークの実現に向けて以下の信技術の開発や、あらゆる環境でブロードバンド接研究課題について重点的に取り組んでいます。

続を実現しつつ環境への影響も小さい ICT ハード

Ⅱ

ウェア技術の研究開発にも取り組んでいます。

できるネットワークのアーキテクチャを確立します。

以上の研究課題に対して国内外の民間企業、

この技術は、インターネットのデータ通信も混雑な大学などの研究機関とも連携し、光パケット・光く交通整理をしつつ、これまで困難であった通信

パス統合ネットワークを中核とした新世代ネットの医療応用や超高精細動画像通信などを、高品

ワークの基盤となる革新的情報通信技術の研究

質かつ低消費電力でサービスして、生活の質の向開発を進めていきます。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

まず、光パケットと光パスを統合的に扱うことのⅠ−４

飛躍的な通信容量の増大を可能とする光伝送技

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

そこで、光ネットワーク研究所では様々なサーⅢ 未来

上や低エネルギー社会など未 来 社 会の実現に貢献するものです。また、切

基盤技術

I
C
T

れにくいネットワークの実現を目指して、自律制御

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術によるネットワークの高信
頼化技術も開発します。
そして、この光パケッ
ト・光 パ ス 統 合 ネット
ワー クを 支 えるハードウェアとして、光 ネット

図2

光パケット・光パスの概念図௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

009

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

光パケット・光パス統合ネットワーク／和田 尚也・古川 英昭・宮澤 高也

光パケット・光パス
統合ネットワーク－多様なサービスの実現、運用の簡易化、省エネに貢献－「多様なサービスを高速かつ省電力で提供可能な光パケット・光パス統合
ネットワークの基本原理を説明し、NICT の最新の光技術を駆使して	開発した光統合ノードを紹介します。
」

和田 尚也（わだ なおや）

光ネットワーク研究所
フォトニックネットワークシステム研究室 室長

大学院博士後期課程修了後、1996 年、CRL（現 NICT）に入所。以来、フォトニックネットワークや光伝送システ
ムに関わる研究に従事。博士（工学）。

古川 英昭（ふるかわ ひであき）

光ネットワーク研究所
ネットワークアーキテクチャ研究室 主任研究員

大学院博士後期課程修了後、2005 年、NICT に入所。
以来、フォトニックネットワークに関わる研究、AKARI
アーキテクチャ設計プロジェクトなどに従事。博士（工学）。趣味は旅行。

宮澤 高也（みやざわ たかや）

光ネットワーク研究所
ネットワークアーキテクチャ研究室 研究員

大学院博士後期課程修了後、2007 年、NICT に入所。
以来、光ネットワークに関わる研究、AKARI アーキテク
チャ設計プロジェクトなどに従事。博士
（工学）
。趣味は、
ゴルフ、ミュージアム巡りなど。

010

現在のインターネットで使用されているパケッ

それに伴い、通信機器の消費電力も増加の一ト交換方式は、通信回線を多数のユーザで共有途をたどっていることから、低消費電力で大容するため、回線利用効率を高めることができま

量通信が可能な技術の開発が求められています。一方で、従来型の電話網などに取り入れられす。また、多様なコンテンツがネットワーク上でているパス（回線）交換方式は、ユーザが通信回流通することが 想定され、Web 閲覧やメール

線を一時占有するため、QoS を確保できます。

交換、センサ情報収集といったベストエフォー

光パケット・光パス統合ネットワークは、これら

ト型サービス（通信のサービス品質（Quality of

両交換方式を 1 つのネットワークで提供するもServices: QoS）は保証されないが、低コストかのであり、ユーザは利用シーンに合わせて、ベス

つ効率的なデータ通信）から、デジタルシネマ

トエフォート型サービスと QoS 保証型サービス

配信や遠隔医療といった QoS 保証型サービスを選択することができます（図 1）。

が、QoS が保証されるデータ通信）まで、多様なルータでは、光信号を一旦電気信号に変換して形態のデータ通信を提供できる仕組みが求めら

データ転送処理を行っており、処理量の増大にれています。

伴って大 規模化する中継装置の消費電力が問に光技術を導入することで消費電力の抑制を図

ケット交換処理が可能な光パケットスイッチと、り、パケット交換・パス交換の両方式を採用す

データを光信号のままパス交換処理が可能な光ることで多様な通信サービスの提供を可能とす

パススイッチの研究開発が行われています。本る、「光パケット・光パス統合ネットワーク」の研統合ネットワークでは、光パケット交換機能と光究開発を行っています。

パス交換機能を両方具備した光パケット・光パ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

題となります。そこで、データを光信号のままパ

Ⅱ

これらの課題に対して、私たちは、通信機器

Ⅰ−４

また、現在のネットワークの中継装置である

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術（ネットワーク資源の排他的利用でコスト高だ

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

近年、通信トラフィックは増大し続けており、

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

光パケット・光パス統合ネットワークとは

光ネットワーク技術

はじめに

光パケット・光パス統合ネットワーク：光統合ノード

Ⅲ 未来：光パケット
：光パス

基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

省エネと大容量化を両立
パケットとパスの長所を統合活用
図1

光パケット・光パス統合ネットワークの概念図௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

011

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

光パケット・光パス統合ネットワーク／和田 尚也・古川 英昭・宮澤 高也

ス統合ノードを用い、データ伝送速度に依存し開発した光パケット・光パス統合ノードない低消費電力かつ大容量の転送処理を可能にします。

我々は、2011 年に、NICT の最新の光技術（光本統合ネットワークでは、光パケット交換用とスイッチ、光増幅器、等）の研究成果を結集し、

光パス交換用にそれぞれ別のネットワーク資源

安定性と操作性に優れた光パケット・光パス統（波長）を割り当てており、複数の波長を並列で合ノードを開発しました（図 2）。この光統合ノー

伝送および処理可能な波長分割多重技術を用いドは、光ファイバを環状に接続したリングネットて、両交換方式を共存させています。両交換方

ワーク用に開発されており、100Gbps の光パ式に割り当てている資源量を、トラフィックの状

ケット信号と、1 チャネルあたり 10Gbps の光況やユーザの要求に応じて動的に変えることで、

パス信号（計 7 チャネル）を、同時に転送できま

資源の効率的な利用ができます。例えば、災害す。本光統合ノードには、光パケットスイッチ機

時に通信が繋がりにくい場合、光パケットの資能、光パススイッチ機能、光信号をクライアント

源量を増やすことで、多数のユーザが回線を使側ネットワークから光統合ネットワークに挿入す用することができます。一方、重要な通信の品質

る Add 機能、光統合ネットワークからクライアを確保する要求が増えた時に、光パスの資源量

ント側ネットワークへ分岐する Drop 機能、前述を増やすこともできます。また、光パケット交換の動的な資源割り当て機能などがあります。ここ

用資源では、通信相手に届ける実際のデータだ

では、Add 機能を有する光挿入装置及び Drop

けでなく、光パス資源の予約 / 解放のための制機能を有する光分岐装置の中に、光パススイッチ

御信号も光パケットで送受信することで、余分なが搭載されています。

制御用インターフェースを減らし、ネットワーク

これ ま で、光 統 合ノード 2 台を 光ファイバの制御部および管理運用を簡易化することがで50km で接続したリングネットワークを構築し、きます。

遠隔地から NICT のテストベッドネットワーク

図2 開発した光パケット・光パス統合ノード

012

１. 光ネットワーク技術

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４
図3

実証ネットワークの構成図

JGN-X の通信回線を経由して送られてきた 4K
映像（ハイビジョンの 4 倍の解像度）などの高精Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

細映像の転送、双方向テレビ会議、高速データ転送などの動態展示を行い、安定動作を実証し
てきました
（図 3）
。
今後の展望

Ⅲ 未来

今後は、光統合ノードの機能をさらに強化する
ため、光バッファ機能の導入、統合制御装置の高機能化や自動化等の研究開発を進め、JGN-X の

基盤技術

I
C
T

インフラとして利用するとともに、多くのユーザや管理者が容易に利用できる、信頼性の高い光

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

パケット・光パス統合ネットワークの実用化を目指していきます。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

013

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

・ロケータ分離による新世代ネットワークアーキテクチャ／原井 洋明・ベド カフレIDID・ロケータ分離による新世代ネットワークアーキテクチャ「我 々 が 提 案 する HIMALIS というID・ロケータ分離方式を紹介します。
これは、異種間ネットワーク通信、	移動通信、
マルチホーム、
セキュリティ
対応等に適した方式です。
」

原井 洋明（はらい ひろあき）

光ネットワーク研究所
ネットワークアーキテクチャ研究室 主任研究員

入所当時の光ネットワーク分野を含めて、現現在、新世代ネットワークの設計、実装、評価、アルゴリズム最適化、プロトコル及びアーキテクチャの研究開発に従事しています。現在の関心事は、新しいネーミング及在はより幅広く新世代ネットワークの研究開
発 に 従 事。2007 年 IEEE ComSoc AsiaPacific Young Researcher Award において Outstanding Young Researcher 表彰。
2009 年文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞。趣味はプロ野球のナイトゲームを見ることだが実践できていない。たまに、野球観戦・
ゴルフ・スキー。

014

Ved P. Kafle（ベド カフレ）

光ネットワーク研究所
ネットワークアーキテクチャ研究室 室長

びアドレス方式、ID・ロケータ分離アーキテクチャ、名前または ID の解決メカニズ
ム、異機種ネットワーク層プロトコルの統合、ユビキタスセンシングとコンピューティ
ングのためのインターネットへのリソースに制約のあるセンサーネットワークの統合、分散移動管理機能、通信ネットワークのプライバシ、セキュリティ及び信頼性にあります。2009 年に新世代ネットワークアーキテクチャの標準化への貢献に対し、日本
ITU 協会賞を受賞しました。同じ年に、国際会議 ITU-T Kaleidoscope において論文賞を受賞しました。休みには2人の娘と遊んだり、日本のネパール人のコミュニティ
でボランティア活動をしたり、バドミントンやジョギングを楽しんでいます。

な数の多種多様な移動デバイスを想定し、様々

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

はじめに −なぜ新世代ネットワークなのか−なネットワークプロトコルをサポートします。この記事では、このような目標を達成するためにくてはならないものになっています。近い将来に必要な ID・ロケータ分離という概念について、は、インターネットには、家電製品、乗り物、健

現在のインターネットのアーキテクチャと比較し康・環境監視センサーなどの多種多様なデバイながら説明します。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

今やインターネットは、私たちの日常生活になスが相互接続される日が来るでしょう。しかし、ID・ロケータ分離の概念

40 年前に設計されたインターネットは、当時遠方の知人のコンピューターとの通信をするため

ション層とトランスポート層で、端末やセッショていませんでした。アプリケーションがこのようンやサービスの識別子（ID）として利用され、同じな要求をするようになって、様々な機能がオリジ

IP アドレスが、ネットワーク層ではネットワーク

ナルのインターネットアーキテクチャに、全体の内での端末の接続位置（ロケータ）として利用さ最適化を考えることなく、ランダムに追加されてれます。1 つの IP アドレスを ID とロケータの両きました。その結果、現在のインターネットには方に使用することは、異種のプロトコル、移動通負荷がかかり過ぎ、本来あった拡張性という特信、マルチホーム接続、セキュリティ、経路制御

徴が次第に失われてきました。それゆえ、前述しの拡張などに適していません。端末が、ネットワー

た要求を、さらに将来に生じる要求も満たすよ

クを移動した場合、端末の IP アドレス
（ID とロ

うにするために、私たちは白紙から新世代ネット

ケータの両方）が変更され、元の IP を識別子としワークを設計してきました。

て用いた現在進行中のセッションが切れます。ま新 世 代 ネットワークは、海 外で は、“Futureた、マルチホーム接続は、接続しているネットワー

Internet”とか“Future Network”などと呼ばクが混雑・切断した場合に、別のインターフェー

れていますが、現在のインターネットでの制約条スに切り替えるためのものですが、それぞれのイ

件は継承しません。新世代ネットワークは、膨大

ンターフェースは独自の IP アドレスを持っている

Ⅲ 未来

（a）

Ⅰ−４

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

大容量のデータの効率的な転送などは考慮され

Ⅰ−３Ⅱの階層構造を示します。IP アドレスは、アプリケー



リティとサービス品質の提供、低消費電力での新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

図1（a）は、現在のインターネットのプロトコル

ネットワークセキュリティ技術のもので、携帯・微小デバイスの無線接続、セキュ

（b）

基盤技術

I
C
T

プロトコル階層図

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1（a）現在のインターネットの場合 （b）ID・ロケータを分離した新世代ネットワークの場合௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

015

Ⅰ
・ロケータ分離による新世代ネットワークアーキテクチャ／原井 洋明・ベド カフレIDネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

ため、接続切り替え時にセッション ID が変更に

Mobility Adaptation through Locator ID

なり、通信セッションの滑らかな継続は困難です。

Separation: ロケータと ID を分離することによ

同様に、IP アドレスに紐付いたセキュリティ情報

る異質性の許容と移動への適応）アーキテクチャ

は、端末の IP アドレスの変更で無効になります。

を提案してきました。図 2 は HIMALIS アーキテ

さらに、コアネットワークは、それぞれのエッジ

クチャの主要な構成要素であるエッジネットワー

ネットワークまたはアクセスネットワークごとのク、コアネットワーク、論理制御ネットワークを示

経路表を作成しますが、エッジネットワークのサしています。コアネットワークはエッジネットワー

イズが小さく、数が非常に多くなった場合には、

ク同士を接続するために高速なルータとリンクで基幹の経路表のサイズは非常に大きくなり、エッ構成されています。

ジネットワークの IP アドレスの設定が頻繁に変更になると、基幹の経路表を更新する処理負荷● ネットワークアクセス機能が高くなり、最終的には、基幹の経路制御の機

 端末（図 2 の端末 1）がエッジネットワーク

能に支障が出るでしょう。

に 接 続 す る と き、DHCP（Dynamic Host

従って、新世代ネットワークのプロトコル階層

Configuration Protocol）等 の 初 期 設 定 プは、図 1（b）に示すように ID とロケータを切り離

ロトコルの実行や AA、LNS、GW の ID やロ

す（ID・ロケータ分離）必要があります。トランス

ケータ等のエッジルータのパラメータを入手しポート層とネットワーク層の間に挿入された識別ます。端末は次に、認証と登録のために AA に

子層は、ID をロケータにダイナミックにマッピ

コンタクトします。認証が済むと、端末には新ングし、端末の移動やマルチホーミングによってしいロケータが割り当てられます。端末の端末

ネットワーク層がロケータを変更した場合にも、

名、端末 ID、ロケータ、公開鍵は LNS のホス

アプリケーション層やトランスポート層は、端末

トテーブルに保存され、端末 ID とロケータはや通信セッションの識別用に同じ ID を使い続け

GW の ID テーブルに保存されます。端末にはることができます。この特徴は、ネットワーク層

アクセスキーも割り当てられ、信頼性の証明

で別の種類のプロトコルを使うことを可能としま

や AA、LNS、GW との暗号化メッセージのやす。データのパケットのヘッダには、送信元と宛りとりに使われます。端末は新しいロケータを先の両方の IDとロケータが含まれています。ゲー

HNR に、ロケータ更新メッセージを送ること

トウェイは、パケットがエッジネットワークとコアによって登録します。こうしてこの端末は他のネットワークを横断する際に、ID をヘッダの中の端末と通信する準備ができました。

ネットワークプロトコルやロケータの値を変換するための参照値として使います。これにより、新● セッション初期化機能

世代ネットワークでは、エッジネットワークやコ 端末 1 が端末 2 と通信したいとき、端末 1

アネットワークで異なるタイプのネットワーク層

は端末 2 の端末名しか知らないため、端末 1

プロトコルの利用が可能となります。

は端末 2 の ID、ロケータ、公開鍵を LNS に問
い合わせます。LNS は DNR、HNR から情 報

HIMALIS アーキテクチャを入手して端末 2 の ID、ロケータ、公開鍵を受け取り端末 1 に送ります。こうして端末 1 は

016

ID・ロケータ分離の概念に基づき、NICT は

端末 2 に対して制御パケットを交換し始め、セHIMALIS （Heterogeneity Inclusion andキュリティコンテキスト（セッションキーなど）

クアクセスやセッション初期化のプロセスで確

ロケータのマッピングを保存します。GW は立されたセキュリティコンテキストを移動管理

ID テーブルから ID・ロケータのマッピングを機能の安全確保にも使用できます。

Ⅰ−１
光ネットワーク技術を確立し、両方の GW の ID テーブルに ID・使うことによってパケットのヘッダの中のネッ
トワークプロトコルやロケータの変換を行い実装の様子

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ます。
HIMALIS アーキテクチャに基づく ID・ロケー● 移動通信機能

タ分離の技術は NICT における新世代ネットワー
アーキテクチャを、ローカルなテストベッドネット

ケータを得て、（b）旧 GW にある端末 1 のロ

ワーク上で実 装してきました。DNR と HNR のケータ情報を新しいロケータに更新し、移行

機 能 は PlanetLab（約 1,000 ノードから成る地

中にも旧 GW が新しい GW にパケットが転球規模のオーバーレイテストベッドネットワーク）

送されるようにし、（c）端末 2 とその GW の情のノードにも実装し、実験しています。最近では、

報を更新し、新しい位置にいる端末 1 にパケッ

HIMALIS を Linux のカーネルに実装し、それをトを転送できるようにする、（d）端末 1 の HNR

JGN-X に接続して実験・検証できるようになってレコードを更新し、（e）旧エッジネットワークかいます。このように HIMALIS アーキテクチャを継ら切断する、という手順で信号をやりとりしま

続的に改良し、広範な検証を通じて、HIMALIS がす。HIMALIS アーキテクチャでは、ネットワー

普及するよう研究開発をしていきます。

Ⅰ−３

Ⅰ−４


新エッジネットワークにアクセスして新しいロ

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

クの研究の重要な要素です。私たちは HIMALIS

ネットワークセキュリティ技術

 （a）移動端末（たとえば端末 1）は 移動してⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図2

HIMALISアーキテクチャの構成要素௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

017

Ⅰ
地域の神経網を担うネッ ト ワ ー クの研究／井上 真杉・大和田 泰伯

N
e
r
v
e
N
e
t

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

地域の神経網を担うネットワーク
NerveNetの研究「人や 街 の 状 況 を セ ン サ が 捉 え、
データが処理・判断されて様々な
サ ー ビ スや 情 報 が 提 供 さ れ る
スマートな街への期待が高まっています。その神 経 系を担うネット
ワークの研究を紹介します。」

井上 真杉（いのうえ ますぎ）

経営企画部
企画戦略室 プランニングマネージャー
大学院博士課程修了後に郵政省通信総合研究所（現
NICT）に入り、超高速無線 LAN やモバイル通信の研究に取り組む。人々にとって必要な情報通信は ? という利用者視点で将来の情報通信を考えている。

大和田 泰伯（おおわだ やすのり）

光ネットワーク研究所
ネットワークアーキテクチャ研究室 研究員

中学時代に中古で買った Macintosh IIcx と草の根
BBS を通じて通信に興味を持つ。大学院博士課程修了
後、大学の特任助教やベンチャー企業立ち上げなどを経験し、現職にて無線分散アクセス網の研究に従事。
趣味は写真やアウトドア、アーチェリーなど。

018

動的にネットワークを構成する」機能です。地域

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

未来の地域社会の通信の情報通信サービス企業、自治体、NPO（非営
利団体）などが地域の要求に基づいて適宜ネット続されるネットワーク）の研究を 2006 年からワークを構築するためには、簡易に設置できるこ行っています。そのコンセプトは、人が五感で感とが大切です。災害時も通信を継続させるためじるように、センサが感知する気象、交通、災害、に、一部が故障したり切断されたりしても自律的防犯などの地域事象データをネットワークを通にネットワーク構成を変更して機能を維持する必

じて収集・処理し、また人が反射的に行動を起要もあります。
2 つ目は、「ネットワーク単体で情報サービス

ビスを適切なタイミングで地域社会や住民、そを提供する」機能です。例えば「私と同じ興味をの地域を訪れた人に提供するものです。そして、持ち、この近くを通る人へこの情報を 3 日間提非常時にも頼れる強いものです。いわば地域の供したい」という要求があるとします。現在は、神経網の役割を果たす意味でそのネットワーク

地域ネットワークの外のインターネット上にあるを NerveNet（ナーヴネット）と名付けました。

サーバがその要求を受けてサービスを提供しま

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

こすように、センサデータに基づいた情報やサーⅠ−２
ワイヤレスネットワーク技術

私たちはアクセスネットワーク（人が最初に接す。これに対し、ネットワーク単体で情報サービ
NerveNet に必要な 3 つの機能

スが提供できれば、災害等で外部への接続が途接続して連携しながらもネットワーク単体での

NerveNet に必要な機能の 1 つは
「自律・自

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

切れても提供を継続できます。インターネットとⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

地域分散ネットワークNerveNetの構成と活用イメージ௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

019

Ⅰ
地域の神経網を担うネッ ト ワ ー クの研究／井上 真杉・大和田 泰伯

N
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N
e
t

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

情報提供機能を活用することで、コスト低減と、より、ユーザの必要とする情報をネットワーク上地域企業や住民等による自営的情報通信によるで分散して保持することができます。通信障害が地域活性、地域産業振興が期待できます。

発生しても、接続可能なノードから必要な情報を3つ目は、「プラットフォーム」
機能です。現在は、取得できます。

児童見守りや気象観測などサービスごとにネット

NerveNet は、平時では既存の携帯電話シス

ワークシステムを構築するのが一般的です。要望

テム等と併用して重層的ネットワークを構成し、はあっても規模が小さいサービスは実現されにく

社会の耐災害性向上やスマートフォンの大量デー

い状況です。サービス種別に依存しない共通基

タ通信の分散化に寄与できます。また、災害発生

盤を築ければコストを低減でき、多様なサービス

後の被災地において停止した既存通信システムを生みやすくなります。

を代替する臨時通信システムとしても威力を発揮します。

通 信 制 御 と 情 報 処 理 を 分 散 実 行 す る
NerveNet の構成

デモ実験の実施のため、2011 年 10 月には、
都立小金井公園で実施された東京都・小平市・
西東京市・武蔵野市・小金井市合同総合防災訓

NerveNet は、複数のノード（通信装置）同士練の場で、臨時ネットワークとしてノード 9 台でが無線（有線も可）
で自動的につながることでネッ

NerveNet を構築し、安否確認とメッセージ配

トワークを構成できるシステムです
（図 1）
。各ノー

信を訓練参加者に体験してもらいました（図 2、ドが設置されると、電波が届く周辺のノードを探3）。避難所に見立てた場所に配置した災害情報

して自動的に無線接続します。電波が直接届か端末（無線でノードに接続）に IC カードをタッチない遠くのノードに至るルートを自動探索し、複すると、自分がその避難所にいることを登録でき

数ルートを記憶します。そのため、あるルートのます。その情報がネットワークを通じて瞬時に他途上で通信障害が発生しても、直ちに別ルートの避難所の災害情報端末に表示されます。また、に切り替えられるという災害に強い特長があります。各ノードにはユーザ端末、サーバ、センサなどを接続でき、インターネットなど外部ネットワークを介さずにそれら同士の通信を行えます。例えば、自分の子どもの居場所情報を自宅のサーバで収集管理することも可能です。また、複数のノードで外部ネットワークに接続できる
ので、インターネット上の通常サービスも利用できます。
ノード自身はデータベースを搭載し、ノード間でデータを同期する機能があります。これに

020

図2 ノ
 ード実証機と平成23年度東京都・小平市・西東京市・武蔵野市・小金井市合同総合防災訓練（都立小金井公園）での臨時ネットワーク構築の様子

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

図3 （上）災
 害情報端末の画面（各避難所の避難者名や配信したメッセージを表示）（右下）
災害情報端末を操作する防災訓練参加者



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

災害情報や支援物資情報など任意の情報を入力すると、他の災害情報端末に配信され音声発信されます。これらの情報は、外部サーバにも携帯電話網を通じて伝達し、インターネットから閲覧Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

できるようにしました。
今後の展望

東北地域内に構築する実験設備を用いた検証をIoT）と呼ばれる新しい通信の実現につながり、こ

行っていきます。耐災害性を高める通信技術のれからの街づくりを支える情報通信基盤の一役

性能検証に加えて、それらを包含した通信シスを担うことになると考えています。私たちは、安テムの実現に向けた取り組みも予定しています。

心・安全で多彩な情報サービスが享受できる未

例えば、今後の社会基盤となる電気自動車（EV）

来に向けて取り組んでいきます。

I
C
T

基盤技術

いはモノのインターネット（Internet of Things:

Ⅲ 未来

今後、災害対策技術の研究開発の実証として、用充電ステーション、LED 街灯、電子掲示板（デⅣ 電磁波センシング基盤技術

ジタルサイネージ）等と通信を一体化した装置の技術検証や実用化検討を自治体や企業と共同で行っていく予定です。これらの取組みは、人と人、人と物との通信だけでなく、様々なセンサやデー
タ処理装置などの機器同士が人を介さずに通信する M2M（Machine to Machine）通信、ある௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

021

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

光通信インフラの革新を 目 指 し て ／ 淡 路 祥 成

光通信インフラの革新を目指して－空間/モード分割多重光ファイバ通信時代の幕開け－「情報通信の根幹を支える光ファイバ
通信は容量枯渇の危機に直面しています。次 世 代の 光ファイバ 通 信
インフラを構築する空間 / モード
分割多重方式などの取組みを紹介します。」

淡路 祥成（あわじ よしなり）

光ネットワーク研究所
フォトニックネットワークシステム研究室 研究マネージャー
大 学 院 修了 後、1996 年、郵 政 省 通 信 総 合 研 究 所（現NICT）に入所。光信号処理、光増幅器、光パケットスイッチ
ングなどに関する研究に従事。2004 〜 2006 年、内閣官房にて情報セキュリティ政策に従事。博士（工学）。

光ファイバ通信容量危機
インターネット人口の爆発的な増加をはじめ、ス
マートフォン / タブレットのめざましい普及やインターネットでのリッチコンテンツサービスの一般化を根幹で支えているのは、他の通信媒体に比べて圧倒的に大容量・低損失な光ファイバ通信である
ことはよく知られています。しかしながら、光ファ
イバの持つ伝送帯域といえども無限ではありません。これまで表面化していなかったのですが、光ファイバ通信研究の最先端では容量枯渇に関する
危機感がにわかに増大しています。
通信用のシリカ＊1 系光ファイバは、波長 1.55 ミ
クロン付近に極低損失を実現できる透明な領域を持っており、この波長帯で実用的な光増幅器が発明されたことで、一気に通信容量の拡大が行われ

022

わずか 9 ミクロン程度の光ファイバのコアに集中の低損失領域と光増幅器の増幅領域が広い波長します。このような非常に高いパワー密度におい帯で重なり合ったから生じたものに他なりません。

ては、光ファイバを構成するシリカ材料といえども従って、波長分割多重（WDM）
通信の初めの頃は顕著な三次の非線形性（光の強度に依存して光信波長チャネル数の増設のために未利用の発振波

号自身が変化する現象。材料によって、二次、三長のレーザ光源と光増幅器の開発を行う周波数

次…と効果の大きさが変化する。
）
を示し、信号光開拓が盛んに行われました。ひと通り1.55 ミクロの波形歪みやスペクトル変化などを引き起こすたン近傍の周波数開拓が進むと、無線通信と同様

め OSNR には実質的に極大値が表れます。また、に周波数利用効率を上げる取り組みに研究の中さらにパワー密度が高くなると光ファイバのコア

心が移っていき、差動 4 値位相変調（DQPSK）
やがプラズマ ＊ 3 化して焼損するファイバフューズ現

直角位相振幅変調（QAM）、直交周波数分割多重

象を引き起こし、通信機器の破損や火災の危険性（OFDM）といった高度な変調フォーマットが光技にもつながってきます。

Ⅰ−２

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

光ファイバ通信の大容量という特徴は伝送媒体

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

されたそれらの信号チャネルの合計パワーは直径

光ネットワーク技術

たのが 1990 年代の終わりでした
（図 1）
。つまり、

術によって実装可能になってきています。
周波数利用効率は理論的にはシャノン限界＊2

NICT発 −世界に向けての EXAT イニシアチブ−に沿って、信号品質（OSNR）の向上とともに高く発生しました。OSNR を向上させるためには、信界と、トラヒック需要予測を鑑みて、当時仏アル

号光のパワーを増加させる必要があり、波長多重カテルの E. Desurvire が 2006 年の論文で容Ⅰ−４

このようなパワー挿入限界、増幅器の帯域限

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

なっていきますが、ここで光ファイバ特有の問題がⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

容量枯渇とブレークスルー௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

023

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術

光通信インフラの革新を 目 指 し て ／ 淡 路 祥 成

図2EXATイニシアチブと3M技術

量枯渇（Capacity Exhaustion）について問 題関連の深い研究機関から矢継ぎ早に論文発表を提起しています。実際に、光ファイバ 1 本あたり行った結果、海外でも当該分野の急速な展開がの伝送容量の伸びは 2001 年を境に 100 テラ

始まっています。特に、マルチコアファイバやマ

ビット毎秒に漸近して飽和しつつあるようにも見ルチモード（数モード）ファイバを積極的に利用えます（図 1）。しかしながら、このような危機的した空間 / モード分割多重伝送方式は、先述の問題に対しての反応は芳しくなく、事実上放置さ光挿入パワー限界を大幅に押し上げることが可れていたのですが、2008 年 1 月に NICT の呼能な技術です。

びかけにより、産学官の研究者が結集して誕生した EXAT 研究会（光通信インフラの飛躍的な高度化に関する研究会）が本格的に取り組みをSMF

始めました。議論の結果、容量枯渇を打破し、来たる 20 年後に 3 〜 5 桁（千〜 10 万倍）の容量増加を実現するためには、多値変調（Multi-level

コリメートレンズ
集光レンズ

SMF

中心コア

外側コア
SMF

各コア独立に集光

modulation）、マ ル チ コ ア フ ァ イ バ（Multi-Markercore fiber）、マルチモード制 御（Multi-mode
controlling）の 3 つ の 技 術 領 域（3M 技 術 :Triple Multi- Techs）を発展させることが重要であるとの結論を得て（図 2）、同年 11 月に国際シンポジウムを開催して日本発の EXAT イニシ
アチブとして世界に発信を始めました。その後も

024

MCF
外側コア

2 45μm

7
6

1
5

3

10μm

4

150μm

図3 レ
 ンズ結合型マルチコアファンイン/ファンアウトとトレン
チアシスト型７コアファイバ

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

マルチコアファイバによるラゲール・ガウスモード分割多重信号伝送

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

図4

多角的な研究体制から生み出された世界記録

いなかったラゲール・ガウスモードを用いたモード分割多重方式と光ファイバ伝送の実証実験を

NICT においては、「革新的光ファイバ技術の世界で初めて行いました（図 4）。

研究開発」と「革新的光通信インフラの研究開

Ⅱ

今後の展望

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術発」の委託研究を実施して、国内の研究機関の力を結集し当該分野の研究開発の加速を図ると共に、自らも率先して先鋭的かつハイリスクな研究に取り組んでいます。
一例を紹介すると、空間光学の常識からは実現不可能と思われていたレンズ結合型マルチコ

今後は、引き続き我が国が当該分野で重要な役割を果たしていくために、国際協力・連携等を積極的に進め、関連技術の標準化、実用化の加速に貢献していきたいと思います。

成功し、トレンチアシスト型 7 コアファイバを用ある 109 テラビット毎秒を達成しました（図 3）。
100 テラビット毎秒は容量枯渇問題で実質的な多重方式で突破したのは歴史的にも意義深いことと言えます。
また、NICT では学会等で多数派を占める、
高次 LP モードを用いたモード分割多重方式と一線を画し、光通信業界ではほとんど知られて

＊1

I
C
T

シリカ

二酸化ケイ素（SiO2）、いわゆるガラス。

＊2

シャノン限界通信チャネルが持つ信号対雑音比と周波数帯域幅によって決まる、伝送容量の限界のこと。1948 年に C. E. Shannon が定式化した。

＊3

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

壁と考えられていたので、これを新しい空間分割

用語解説

基盤技術

いて、2011 年に、当時、伝送容量の世界記録でⅢ 未来

アファンイン / ファンアウト結合装置の開発に

プラズマ

気体の温度が上昇すると気体の分子は解離して原子になり、さらに原子核のまわりをまわっていた電子が原子から離れ、陽イオンと電子に分かれる（電離）。電離によって生じた荷電粒子を含む気体
をプラズマという。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

025

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術「ひかり」を自由にあや つ る ／ 川 西 哲 也 ・ 管 野 敦 史「ひかり」を自由にあやつる－高速高精度光変調技術で拓く大容量通信と宇宙をみる極限技術－「高速で高精度な光変調技術の研究は、将来の大容量光通信を実現するだけにとどまらず、宇宙をみるための究極の精度を持つ光信号源の研究につながっています。
」

川西 哲也（かわにし てつや）
光ネットワーク研究所
光通信基盤研究室 室長

学生ベンチャー、大手メーカー、大学といろんな環
境を経て 1998 年に CRL（現 NICT）のメンバーになりました。国内外の様々な機関の研究者、大学からの研修生の皆さんと力を合わせて光通信技術やマイクロ波フォトニクスの研究をしています。

菅野 敦史（かんの あつし）
光ネットワーク研究所
光通信基盤研究室 主任研究員

2005 年筑波大学大学院卒。筑波大学大学院 VBL 特別研究員を経て 2007 年 NICT 入所。大学時代のテーマである半導体光物性研究から一貫して光技術の研究に従事。高じて写真が趣味となり日夜研鑽中。

026

ムーズにやりとりする技術が求められています。

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

光変調技術で「ひかり」
をあやつる

私たちは、このようなニーズに応えるため、高速
インターネットが思い浮かぶのではないでしょう

おり、光変調の高速性の追求に加えて正確に光か。誰もが携帯電話やインターネットを使ったとをあやつる技術で世界トップクラスの成果を上げ

きに、どこかで「ひかり」を使った通信、すなわち、ています。この技術は様々な分野での利用が期

光通信のお世話になっているはずです。光ファイ

待できる中で、私たちは、極限性能を追求する電バを使えば、遠くまで光にのせた情報を伝えるこ

波天文への応用を目指した研究を行っています。

とができます。人間同士が会話をするときに音

ここでは大容量通信を実現するための最新の高の高さや強さ、長さを変化させて情報を伝えるよ速高精度光変調技術と巨大な電波望遠鏡を支えうに、光通信では光を変化させます。このことをる基準信号発生技術を紹介します。

Ⅰ−２

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

光通信を支える光変調技術の研究開発を進めてワイヤレスネットワーク技術

今や
「ひかり」
といえば新幹線というよりも先に光変調と呼びます。最も簡単な光変調として光
が
「ある」
「ない」
、
の 2 通りでデジタル信号を送る

高速高精度光変調で大容量の光通信をオンオフキーイング（OOK）と呼ばれる方法がこ
さずにどんどんため込む、デジタルカメラでどん種です。電磁波を特徴付けるのは、
大きさ
（振幅）
、

どん撮影するといった、とにかくデータを保存し振動の速さ（周波数）、波動のタイミング（位相）ておいて必要なときに選んで取り出すというライの 3 つの要素です。これらを変化させることで、フスタイルが広がりつつあり、大量のデータをス

情報を伝えます。先にご紹介した OOK は、振幅

Ⅰ−４


光は光波とも呼ばれ、電波と同じ電磁波の一

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

れまで使われてきました。最近では、メールを消Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1 （左）光の波形： サインとコサイン （右）OOKと16QAMのコンステレーション௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

027

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. 光ネットワーク技術「ひかり」を自由にあや つ る ／ 川 西 哲 也 ・ 管 野 敦 史

が“1（オン）”か“0（オフ）”の 2 通りの光波の状

じことがいえます。光の状態をより正確に制御で態（シンボルまたは符号と呼ぶ）を使うもので、1

きないと符号の区別ができなくなります。波動の回の光変調でデジタル信号を 1 つ（1 ビット）伝え一種である光波は図 1（左）に示すようなサイン、ることができます。より多くの情報を送るためにコサインの 2 成分で表されます。周波数を一定

は、①光変調をより速くする、② 1 回の光変調でとすると、光波の状態、つまり、光変調の形式はより多くのビットを送る、という 2 つのアプロー

これらの 2 成分を縦軸・横軸とした平面上の点

チがあります。①は高速に、②は高精度に光を変で表すことができます。一度にたくさんの情報を調する技術に相当します。長年にわたり①の高速送るときには多数の符号が必要になります。符号化が研究のトレンドでしたが、NICT では世界にを 2 次元平面上に表した図のことをコンステレー

先駆けて①と②の両立に取り組んできました。

ション（星座図）と呼びます。複雑なコンステレー

ここで、②の高精度光変調について説明しま

ションをもつ信号を高速で発生させることが大す。位相、振幅をそれぞれ、2 通りずつ、組み合

容量伝送実現の鍵です。図 1（右）は 16 個の符号わせを考えると全部で 4 つの符号を使えば 1 回を使って一度に 4 ビットの信号を送る 16 値直交の変調で 2 ビットを送ることができます。n ビッ

振幅変調（16QAM）と従来の OOK のコンステト送るためには 2 個の符号が必要です。符号をレーションです。16QAM では符号間の距離が増やすには正確な光変調が重要になります。日

小さく、高精度光変調が重要であることがわかり

本語の発音に例えてみましょう。五十音に加えて、ます。NICT は一度に 2 ビット送ることができる

同じ「あいうえお…」でも振幅の小さいものを別

4 値位相変調（QPSK）と高速な変調速度を両立の音とすると決めたとします。そうすると、短いする技術を世界で初めて 2004 年に発表し、そ言葉でたくさんの情報を伝えることはできるかもれ以降、1 つの光で 100Gbps の通信を実現すしれませんが、音の大きさを正確に言い分ける、ることは特別なことではなくなりました。さらに聞き分ける能力が必要になります。光変調でも同世界初の 50Gbps 16QAM を可能とする集積n40ギガビット伝送実験
光
光によるミリ波発生装置
2つの光信号の差としてミリ波を伝送無線(ミリ波)16値光変調器

光・ミリ波
変換器

Q

光周波数

図2

028

デジタル信号処理

毎秒40ギガビット
I

16QAM

光ファイバ無線技術による超高速無線伝送の概念図

デジタル信号

10 01010101011101

る光の大きさを表す）がありますが、従来技術とましたが、光の周波数は携帯電話の使用周波数

比べて 1 万倍を達成しました（図 3）。ALMA でと比べて 10 万倍高く、複雑な変調方式は困難で必要となる高い安定度、広い周波数範囲での信あるというのが常識でした。しかし、ここで紹介

号発生などの条件を満たす信号源を高い消光比

した高速高精度光変調技術や、高速信号処理技の光変調技術で実現しました。高い消光比の変術などによりこの課題は克服されつつあります。

調は ALMA 向けの信号源だけではなく、より高

一方、光変調技術で、高度な無線変調信号を発度な変調方式実現に重要であることが明らかに生させることも可能となり、世界最高速度（2011

なってきています。基礎研究から応用研究までを

年 9 月当時）の 40Gbps 無線伝送を実現してい一貫して確実に進めていくことの重要性を示す

ます
（図 2）
。

成果であるといえるでしょう。

Ⅰ−２

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

従来から様々で複雑な変調方式が利用されていⅠ−１

ワイヤレスネットワーク技術な指標である消光比（光をオフしたときに消え残

光ネットワーク技術

光変調デバイスを実現しました。無線分野では

大容量通信のために光ファイバの中でコンス
究極の高精度光変調で宇宙をみる

テレーションを描きながら、本当の宇宙をみるための技術にもつながるなんて、夢があると思いまた、極限技術へのチャレンジとして、国立天

ませんか ?

文台と共同で世界最大の電波望遠鏡 ALMA
（ア

Ⅰ−４


新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

タカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計）向けの基準
信号発生技術の研究を行っています。ALMA は
チリの高山地域で国際プロジェクトとして開発が進められている世界最高の感度と分解能を備えた電波望遠鏡です。最長 18.5km 離れた 66

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術台以上のパラボラアンテナで構成されます。こ
れらのアンテナを連動させるためには基準光信号が必要となります。光変調の精度を表す重要

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図3

高消光比変調による光のオン/オフ௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

029

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

Ⅰ−2

NICTワイヤレスネットワーク
研究所の研究開発概要
門脇 直人（かどわき なおと）ワイヤレスネットワーク研究所
研究所長

子 供の頃からラジオ少年として育ち、
今でもラジオなしでは生きていけない。
スポーツは大学で少しかじったアメリカ
ンフットボールとスイミング。カラオケ
ではサザンオールスターズ、読書は SF、
特に J.P. ホーガンが好き。空海を尊敬し、たまに寺社仏閣巡りに出かける。

「移動環境や災害等の非常時、有線によるアクセスが困難な領域などで、周波数資源やエネルギー資源を有効利用しつつ、人やモノが柔軟かつ確実に繋がるワイヤレス
ネットワークの研究開発を行っています。」
ワイヤレスネットワーク研究所は、新世代ネット

求に応え、確実にネットワーク接続を実現するた

ワークにおける重要な役割を担うワイヤレス通信

め、簡易な低速伝送端末からギガビット級の超技術の研究を進めると同時に、安心・安全でスマー

高速伝送までスケーラブルに通信可能なワイヤレ

トな社会実現への貢献、ワイヤレスコミュニケー

スネットワーク技術や、基地局やアクセスポイン

ションの源泉である周波数資源の一層の高度利トに依存しない自律的なワイヤレスネットワーク

用への貢献を果たすことを目的とした研究開発を技術、地上のみならず海域や上空、宇宙空間の移行っています。図に研究開発の方向性を示します。

動体をブロードバンドに接続する宇宙通信技術を開発することにより、ネットワークのカバレッ

新世代ネットワーク実現のためのワイヤレス研究

ジや利用形態を大きく拡張することが可能となります。これらの技術は光ファイバ網との連携・ワイヤレス通信技術は、光ファイバの敷設が困難な地域や移動環境においてネットワーク接続を行うために必要不可欠です。様々なユーザの要030

融合により、新世代ネットワークの構築において重要な機能を実現可能とするものです。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

図 ワイヤレスネットワーク研究所の研究開発の方向性

ワイヤレス研究

方自治体にインターネット接続環境を提供する等の活動を行いました。このように安心・安全で

前述のスケーラブルなワイヤレスネットワーク
技術は、これまでに研究開発を進めてきたコグ

スマートな社会構築に直接貢献するシステム研
究と実証をあわせて推進しています。

ニティブ無線技術、スマートユーティリティネッ
ラットフォーム化技術を確立することにより実現

ワイヤレス研究

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

周 波数資源の一層の高度利用のためのⅡ

トワーク技術等を基に融合システム化およびプ

Ⅰ−４ブ無線ルータを避難所等に設置して被災者や地

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術安 心・安全でスマートな社会構築に貢献するできるものです。この技術は自然環境やエネル
爆発的な利用拡大に伴い、システム拡張や新たことにより、例えばエネルギー消費量を制御するなブロードバンドワイヤレス技術の導入のためのようなシステムの構築に貢献できます。また、通周波数確保は困難な状況になってきています。そ信インフラのない地域での観測情報収集などをのため、周波数資源の一層の高度利用技術が求可能とする自律ワイヤレスネットワーク技術や、められています。この要求に応えるため、コグニ

観測衛星など宇宙からの大容量観測情報を地上

ティブ無線技術を応用したホワイトスペース通信に伝送する宇宙通信技術は、環境監視や国土保技術（特定の場所や時間帯での未利用周波数帯

全、防災・減災のために重要な役割を果たします。

を活用したワイヤレス通信技術）や、インフラ系 /東日本大震災の直後には、超高速インターネット

自律系ワイヤレスネットワークおよび有線系ネッ

衛星「きずな」用地球局を被災地に運び、救援活

トワークの協調によるトラヒック分散技術、さら動に当たる東京消防庁や航空自衛隊の前線基地にテラヘルツ領域の通信応用技術の研究開発なと首都圏の本部の間にブロードバンド衛星回線

ど、周波数利用の一層の効率化や新たな周波数を提供し活動を支援しました。また、コグニティ

資源の開発に取り組んでいます。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

約し、かつ解析された情報をフィードバックする

基盤技術

携帯電話をはじめ多様な無線通信システムのⅢ 未来

ギー消費量、電波利用環境など多様な情報を集

031

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

体とその周囲を取り巻くボディエリアネットワーク／李 還幇

体とその周囲を取り巻く
ボディエリアネットワーク－健康見守り、視覚障がい者安全補助へのアプローチ－「ボディエリアネットワーク（BAN）とその標準規格 IEEE802.15.6 について述べ、超広帯域無線を用いて試作した健康見守りのための BANと視覚障がい者安全補助のためのBAN を紹介します。」

李 還幇（リ カンホウ）

ワイヤレスネットワーク研究所
ディペンダブルワイヤレス研究室 主任研究員

1994 年名古屋工業大学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 NICT）
入所。以来、技術試験衛星 ETS-VI や COMETS などを用いた移動体衛星通信の実験研究、ウルトラワイドバンドとボディエ
リアネットワークの研究開発および標準化活動などに従事。1999 〜2000 年、
米国スタンフォード大客員研究員。
2002 年より電通大客員准教授、2009 年より同客員教授。2006 〜 2012 年、IEEE802.15.6 副 議 長。2011 年
より電子情報通信学会通信ソサィエティ研専運営会議副議長。1995 年度電子情報通信学会学術奨励賞、1997年度同論文賞、2002 年科学技術庁注目発明、2009 年
NICT 個 人 成 績 優 秀 賞、2012 年 IEEE-SA Standards
Board acknowledges with appreciation 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」、「Wireless Body Area Network」（共 著）な ど。現 在、歴史本を嗜み中。

ボディエリアネットワークとその標準化
ボディエリアネットワーク（BAN: Body Area
Network）は、図 1 に示すように、体の表面、中およびそのごく近辺に配置されている小型端末
を無線通信で結ぶことによって構成され、体とその周囲を取り巻く無線ネットワークです。体温、心電、3 軸加速度などを測るセンサーと組み合
わせて用いれば、体の健康状態と活動状況をリ
アルタイムにモニタでき、生活習慣病予防や高齢032

役に立ちます。また、ゲームコントローラやワイ化委員会は、2007 年 12 月に BAN の無線標準規

ヤレスヘッドホンなどの身の回りで用いる小型端格を策定するためのタスクグループを設置し、アメリ

末間の音声、画像、データのワイヤレス伝送にもカ、
欧州およびアジアから30以上の研究機関、企業、利用できるため、安心、安全、便利な暮らしを支大学が集まり、世界で共通に利用できる BAN 仕様

える技術として、注目を集めています。

を定める作業を進めました。そして、2012 年 2 月に、

近 年、無 線 LAN や Bluetooth などが 普及
し、身 近で 利 用されるようになってきていま

Ⅰ−１

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

IEEE802 LAN/MAN 標準化委員会です。同標準

光ネットワーク技術者見守り、そして看護負担軽減などでの利用に

BAN の無線標準規格が 完成され、IEEE802.15.6という番号が付与されて発行されました。

すが、これらの無線標準規格を策定したのは、
超広帯域無線と BAN

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

標準規格 IEEE802.15.6 は、通信方式や電波仕様などを定義する物理（PHY）層、およびネット
ワークのセットアップと端末のチャネルアクセス
方法などを定義する媒体アクセス制御（MAC）層の規格を定めています。NICT は健康見守りとヘ

標準化作業において中心的な役割を果たしました。図 2 に示すように、
NICT は法制化小委員会、
チャネルモデル小委員会、技術仕様要件小委員会などを主導しました。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

体とその周囲を取り巻くBAN

Ⅱ

図1



スクグループの立ち上げ、標準仕様の提案および

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

ルスケアへの応用に重点を置きながら、BAN タ

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図2 BAN標準化タスクグループの組織図௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

033

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

体とその周囲を取り巻くボディエリアネットワーク／李 還幇

BAN は 狭 帯 域 無 線 技 術 ま た は 超 広 帯 域

超広帯域無線を用いた BAN の研究開発（UWB: Ultra-Wideband）無線技 術を用いて実装できます。狭帯域無線技術は確立されてい● 健康見守り BANるものが多いのに対して、UWB 無線技術は新

健康見守り BAN は、図 3 に示すように腕時しく開拓する必要のある技術です。UWB は非計型、ペンダント型、腰ベルト装着型などの体

常に広 い周 波 数 帯 域 幅（500MHz 以 上）にわへ取り付ける小型端末と固定型端末から構成さたって電力を拡散させ、極めて低い電力密度をれます。これらの端末はそれぞれ脈拍、心電、3

もって通信を行うことが特徴で、以下の利点を有

軸加速度、体重等のセンサーと組み合わせて用します。

いられます。端末は全て国内法制度で認められ・放 射電力密度は従来の狭帯域信号の数万〜数ている UWB ハイバンドを用いました。腰ベル

十万分の一程度で、人体への影響が小さいと考ト装着型端末は BAN のハブであり、ネットワー

えられます。

クの形成と制御、および他の端末へのチャネル

・低消費電力の特徴があり、小型電池で動作する
BAN にとって好適です。

割当を行うなどの役割を担っています。各端末
は 1 秒ごとにデータを送 信していますが、1 回・放 射電力密度が低く、かつ高い周波数を使用のデータ送信とハブから受信したとの返信を受するため、電波の伝搬距離が限定的であり、シけ取るまで約 4 ミリ秒で完了します。残りの時ステム間の共存にとって好都合です。

間は送 受信を行わないスリープモードに移り、

・狭帯域 PHYよりも高いデータレートをサポートします。

消費電力の削減につとめています。
図 3 のモニタ画面の例では、各種取得データ

一般に UWB に割り当てられている周波数帯

がリアルタイムに表示され、3 軸加速度計によっ

域は、ローバンド（日本では 3.4 〜 4.8GHz）とて、人の転倒を検知してアラームを鳴らしている

ハイバンド（日本では 7.25 〜 10.25GHz）に分け

例を示しています。

られるため、国と地域によって使用周波数帯域が異なります。ローバンドの使用は干渉回避の制限がかけられるため、制限のないハイバンドを用いたシステムが望まれます。

図3

034

健康見守りBANの構成とモニタ画面例● 視覚障がい者安全補助用 BAN

視 覚 障 が い 者 安 全補 助 用 BAN は、アメリ
カ、欧州、および日本などで共通に利用できる

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図4

視覚障がい者安全補助用BANUWB ハイバンド 7.25 〜 8.5GHz を用い、そのまとめ

Ⅱ

BAN は体を取り巻く小型端末からの音声、画どの色信号、腕 時計 型端末からは脈 波、SpO2

像、データなどを利便的に取り扱い、様々な利活（血中酸素飽和度）、体温などのデータ、杖に取り用が可能です。標準規格 IEEE802.15.6が成立し、付けられている超音波センサからは進路障害物

そして発行されたことは、さらに BAN の技術開検知情報などを取得させます。これらの情報を発に拍車をかけ、安心・安全な福祉社会を実現す

UWB 経由でベルト装着ユニット（ハブ）に送り、る 1 つのコア技術として、大いに期待されます。

Ⅲ 未来

サングラスにカメラを取り付けて交通信号な

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

全体構成は図 4 のとおりです。

特にカメラの画像伝 送は UWB の高いデータ
レート特徴を利用しています。ハブでは認識した

基盤技術

I
C
T

色を音声で教え、また、進路に障害物があるときに、これを検知し音声で告げます。モニタには、Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

障害物までの距離や、脈波、SpO2、体温などのデータが表示され、これらのデータを音声または振動等の形で使用者に伝えれば、周囲状況の把握や健康管理などにさらなる活用が可能です。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

035

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

高度電波利用データベース技術を利用した次世代ワイヤレス通信ネットワーク／原田 博司

高度電波利用データベース技術を利用した次世代ワイヤレス通信
ネットワーク「ブロードバンド通信用周波数の枯渇に対応するため、
『空間的』
『時間的』
、
に利用可能な周波数を二次利用する技術が高度電波利用データベースを用いたワイヤレス通信です。」

原田 博司（はらだ ひろし）
ワイヤレスネットワーク研究所
スマートワイヤレス研究室 室長

大学院修了後、1995 年より CRL（現 NICT）
勤務。主に次世代無線通信システムの研究開発（通信方式）、標準化活動に従事。モットーは「波は乗るものではなく、波は作るものである」「2、 回考える前に、まずは行動」
。博士
（工学）
。

背景
携帯電話に代表される無線局の数は既に 1 億台を超え、既に移動通信に適した周波数帯で確保できるチャネル数（周波数帯域）は限界に達し
つつあります。しかしながら、昨今のブロードバ
ンド化への要求の高まりとともに、次世代で求められる無線機に対してもブロードバンド化が要求され、周波数の有効利用を行いつつブロードバ
ンド通信を行う周波数帯域を確保する必要があるというジレンマに陥っています。
この問題を解決するために、免許されている無線局（これを周波数の一次利用者と呼びます。）の利用周波数帯であっても、空間的、時間的に利用されていない時間であれば、その周波数を一次利用者への干渉を起こさないよう利用を行う周036

① 一次利用者からの通信領域と再利用を行う

トワークの研究開発を現在行っています。

無線局の通信領域が干渉しないよう電波を高度に監理する高度電波利用データベース技術及びの技術を基地局に導入した場合です。基地局自この技術を用いたワイヤレスクラウドネットワー

らが一次利用者に割り振られていない周波数、もク、②電波の一次利用者に干渉を与えることがわ

しくはシステムに既に割り振られているが利用さかった場合、もしくは、通信トラヒックが変わっれていない周波数を見つけ出し、その周波数をた場合に、周波数、送信出力、通信方式等の各用いて独自の通信システムを実現させるもので

種無線パラメータを変更する再構築可能無線機

す。もう 1 つが、端末に導入した場合です。端末（基地局、端末）等の研究開発が必要になります。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

図 1 にその利用モデルを示します。1 つは、こⅠ−１
光ネットワーク技術

波数の二次利用（共同利用）
を行うワイヤレスネッ

自らが一次利用システムに割り振られていない周高度電波利用データベース技術を利用した利用されていな周波数を見つけ出し、次に、そのワイヤレスクラウドネットワーク

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

波数、もしくは各システムに割り振られているが周波数を用いて端末間で通信を行います。
この周波数の再利用を行うワイヤレスネット

高度電波利用データベース技術を利用した周ワークを実現するには、電 波の 一次利用者の波数共同利用ワイヤレスクラウドネットワークの

電 波の 利 用 状 況を 適 切に把 握するとともに、概要を図 2 に示します。同図においては、一次利

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

利用モデル

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

037

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

高度電波利用データベース技術を利用した次世代ワイヤレス通信ネットワーク／原田 博司

用者が利用している周波数帯を 3 つの二次利用あります。そこで、さらに同図（b）（c）
、 で記載した者（二次利用無線ネットワーク）が利用することを二種類の二次利用者間電波監理 / 共存サーバを想定しています。

用いて二次利用者間で干渉が起きないように周

まず、すべての二次利用者は、（a）
一次利用者と波数の監理を行います。

二次利用者間の高度電波利用サーバ（以下サーバ（b）と（c）の違いは、（b）は異種アクセス方式を（a）とする。
）にアクセスします。このサーバ内に用いた二次利用者間の電波監理 / 共存を検討

は電波の利用状況を示すデータベースがあり、一するサーバであり、（c）は同種アクセス方式を用

次利用者の位置、無線局の情報（出力に代表されいた二次利用者間の電波監理 / 共存を検討する

る無線パラメータ）、アンテナに関する情報（高さ、サーバである、ということです。
（c）は必要に応じ

利得、方向等）の情報が格納されています。このて設置され、すべての二次利用者が（c）を介さずサーバに対し、二次利用者は自身の無線局の情直接（b）に接続されることもあります。

報、位置、アンテナの情報等を入力し、一次利用（b）および（c）の基本動作はほぼ同じです。各者に干渉を与えない周波数を調査してもらいま

サーバは、二次利用者から、自身の位置、無線機す。そして、二次利用者はこの周波数を利用しての情報、アンテナに関する情報を得、これをもと通信を開始します。

に、各二次利用者に干渉を与えない周波数等の上記の手順により、一次利用者と二次利用者

通信パラメータを調査してもらいます。そして、との間で干渉を起こさない通信が実現できます

二次利用者はこの周波数を利用して通信を開始

が、二次利用者間は干渉を引き起こす可能性がします。干渉を与えるようでしたら、干渉を減ら

図2

038

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

高度電波利用サーバ技術を利用した周波数共同利用ワイヤレスクラウドネットワークの概要

再 構築無線機の研究開発

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

すための方策（周波数の変更、出力の低減等）をそれぞれの利用者に必要に応じて提案します。

さらに、
このワイヤレスクラウドネットワークで決を用いることによる周波数共用を行うことにより、定した各種無線パラメータが変更可能な無線機に高密度な電波利用を行います。NICT では、すでついての研究開発を行っています。図 5 に示すように図 3 に示すワイヤレスクラウドネットワーク用に、周波数、
出力等を自由に変更可能な、各種周波数

サーバ群を設置し、この技術が実現できる体制に（400MHz −5GHz 帯）で対応可能な、アンプ、ミキあります。さらに、図 4 に、このサーバで表示可能

サ等の開発およびそれらを集積化した高周波部、そな一次利用者の電波利用状況を示します。

して、
信号処理回路を駆使し、ソフトウェアの変更のみ

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

以上のような高度電波利用データベース技術

で、通信方式を変更可能なソフトウェア無線機の開Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

発を行っています。すでに、
IEEE802.11系、
802.16 系
無線システム、第 3 世代携帯電話システム等が実現できるソフトウェアの開発も終了しています。
これらの既存システムをこの高度電波利用サーバを利用して、利用可能な周波数に自由に移動することができ、電波の高密度利用が可能になります。



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図3 整備しているワイヤレスクラウドネットワーク用サーバ群

今後の展望このようなネットワーク実現のためには、国際的な仕様の基準づくりである標準化が必要にな

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ります。また、各国の規制当局との調整が必要になります。現在、米国、英国、日本を中心として、この技術基準づくりが行われつつあります。現在
まで、国際標準化機関へ 1,000 件以上の寄与文書を提出し、研究開発の成果を標準化させようとしており、すでに数多くの技術が標準仕様として採択されています。今後は実現に向けた大規

Ⅲ 未来

図4 高
 度電波利用サーバの利用例（一次利用者、
この例はTV局の放送エリアの表示と、ある位置での利用可能なチャネルの情報の表示）模実証、国際協調を積極的に行う予定です。

基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図5

再構築可能無線機（左： 高周波部、右： 信号処理部）

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

039

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波をフレキシブルに利用するコグニティブ無線システム／石津 健太郎

電波をフレキシブルに利用する
コグニティブ無線システム－試作システムの紹介と国際標準規格への取り組み－「携帯電話のような無線端末が接続するシステ
ムは、通信方式や周波数があらかじめ決められています。無線端末の接続先や使用するアプリ
ケーションは場所や時間により異なるので、同一地域で複数のシステムを同時に運用する場合、電波の利用に偏りが生じます。その結果、効率的に電波を使用できず、通信速度が遅くなるなどの問題が発生します。このような問題を解決する『コグニティブ無線技術』
について紹介します。
」

石津 健太郎（いしづ けんたろう）
ワイヤレスネットワーク研究所
スマートワイヤレス研究室 研究員

大学院修了後、2005 年より NICT 勤務。実証システム開発や国際標準化活動など精力的な研究開発を推進。
東日本大震災後には、開発した機器を自ら展開して支援活動を実施。学生時代はボーイスカウト指導者。現在の趣味は、登山、水泳、ドライブなど。博士（情報科学）。

背景
携帯電話を使った無線によるデータ通信の利用は、1990 年後半にメール交換や簡単な情報
提供サービスにより始まりましたが、特にスマー
トフォンが一般的になった 2010 年以降では、従来はケーブル（有線）接続によりパソコンでアクセスしていたような情報も、日々の生活の中で無線
ネットワークを使って通信されるようになりました。無線ネットワーク通信の需要は爆発的に増加を続けており、今後はますます拡大することが予想されます。
無線通信を行うために必要な周波数は無線通信事業者や無線システムに割り当てられますが、
特に 6GHz 以下の移動通信に適した周波数は割当てがひっ迫しています。利用者の需要に応えよ040

ますが、周波数の割当てには限界があり、電波環境を認識（センシング）
して、その結果に基づいを限りある資源と考えて、より効率的に利用するて最適な電波の利用方法を決定し、その決定に基ことが求められています。その技術のひとつとしづいて無線システムの機能を変更
（再構築）
する一

て、
「コグニティブ無線」と呼ばれる技術が注目さ連の技術を指します。例えば、運用されている複数

れています。

の無線システムのうち、利用率が低い無線システム

Ⅰ−１

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

コグニティブ無線とは、システムが周囲の電波

光ネットワーク技術

うと様々な無線技術の研究開発が行われてはいを積極的に使用すれば、電波をより有効に利用できることになります。
コグニティブ無線技術は、図 1に示すように大きく 2 つに分類でⅠ−３
ネットワークセキュリティ技術

きます。
「ヘテロジニアス 型」は、運用中の無線システムのうち、利用率が低い等の観点から無線シス
テムを選択し、無線資源に余裕がある無線システムを積極的に使用することにより、無線ネットワーク

理的あるいは時間的に他システム
への電波干渉を与えないと判断さ

図1 コグニティブ無線技術の分類れる周波数を使用することで、新



させます。
「周波数共用型」は、地

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

全体の通信速度や利便性を向上

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

たな無線システムの運用を可能に

端末とネットワークが分散して最適な無線資源利用を決定するします。
コ グニティブ 無 線システムの
構成と試作

LAN

コグニティブ無線技術は、それぞれの端末に個別に適用しても効

LTE

RAN

RAN

I
C
T

して協調して制御を行えば、より効率的な運用が可能です。特に、LTE、
WiMAX、無 線 LAN のような 異Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

RAN

果はありますが、多くの端末に適用

基盤技術

RAN

RAN

Ⅲ 未来

WiMAX

なる無線システムから構築された「異種無線ネットワーク」
では、図 2に示すように複数の機器が協調制御された無線ネットワークを構築

図2

コグニティブ無線ネットワークの構成

でき、端末や基地局の測定情報を௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

041

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波をフレキシブルに利用するコグニティブ無線システム／石津 健太郎

ネットワーク再構築マネージャに報告して、高速、

ル無線 LAN を「コグニティブ無線ルータ」と呼ばれ安定、低料金など各無線システムの異なる特徴

る機器が中継します。ネットワーク再構築マネージャに着目した統計処理や高度な分析に基づく制御とコグニティブ無線ルータが協調して無線アクセスが可能になります。

ネットワークを選択しますので、利用者は使用する無

ここでは、コグニティブ無線ネットワークの実現例

線アクセスネットワークを気にせず、自動的に最適なとして、2 つの試作機を紹介します。まず、ヘテロジニものを利用できます。NICT では、2010 年 9 月から

アス型の実現例として、図 3 に示すコグニティブ無

1年半の間、
神奈川県藤沢市に 500 台のコグニティ

線ルータシステムがあります。このシステムでは、商ブ無線ルータを設置して大規模実証実験を行い、用の異種無線ネットワークと利用者端末向けローカ

市町村規模での動作を評価しました。また、東日本

図3 ネットワークポリシーに基づき無線通信システムデバイスの選択制御が可能なコグニティブ無線ルータシステム（ヘテロジニアス型の一例）

042

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

大震災後には通信手段が失われた
避難所や病院等に提供し、無線ネッ
トワークの運用が不安定な状況でも安定した通信を提供できることが確認されました。

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

一方、周波数共用型の実現例として、図 4 に示す再構築可能なコ
グニティブ無線基地局とコグニティ
ブ無線端末から構成されるシステ
ムを開発しました。このシステムでは、基 地 局が 400MHz 〜 6GHz

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３の周波数において電波強度測定、通信方式判定、電波干渉検出を行い、ネットワーク再構築マネージャ
はそのセンシング情報を受信した
上で、空き周波数帯のデータベース

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術を参照して電波干渉を与えない周
波数と通信方式を決定します。基地局と端末は、ネットワーク再構築
マネージャからの指示に基づき機能を再構築して通信を行います。

Ⅱ

コグニティブ無線技術の一部は、ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

国際標準規格への取り組み

図4 電
 波環境センシングに基づき運用周波数と通信方式（PHY/MAC）の再構築が可能なコグニティブ無線システム（周波数共用型の一例）

スペース」とも呼ばれ、電波を有効に利用する技

線ネットワークの基礎アーキテクチャとしては世界術の突破口として、世界でも技術基準の策定が初の規格であり、NICT はその創設時から参画し、始まっています。日本でも、総務省が 2009 年

2009 年 2 月に策定を完了させました。IEEE の他

11 月にホワイトスペース活用に向けた検討チーにも、NICT では ITU や欧州の標準化団体においムを発足させ、現在では具体的な技術基準の策ても、議論の初期段階からコグニティブ無線に関し定を検討しています。このような周波数の利用にて研究開発した技術の提案を続けています。

は、放送に影響を与えないことを確認する方式

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

そのひとつである IEEE1900.4 は、コグニティブ無基盤技術始まっています。このような周波数帯は
「ホワイト

Ⅲ 未来

様々な国際標準化規格として提案してきました。

の研究開発や、日本独特の国土事情や周波数利今後の展望用を考慮した慎重な技術検討が必要であり、現在、NICT では要求される技術の開発を進めてさらなる電波の有効利用を行うため、テレビいます。

放送周波数を利用して通信を行うための議論が௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

043

Ⅰ
東日本大震災被災地にお け る 無 線
によるインターネット環境の構築／村上 誉

LAN

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

東日本大震災被災地における無線 LAN による
インターネット環境の構築－NICTが開発した「コグニティブ無線ルータ」の活用－

村上 誉（むらかみ ほまれ）

ワイヤレスネットワーク研究所
スマートワイヤレス研究室 主任研究員

1997年北大・工・電子卒。1999 年同大大学院修士課程了。
同年 郵政 省通 信 総合研究 所（現 NICT）入 所。2003 ～2005 年デンマーク国オールボー大学客員研究員。子どもの頃から家電製品が好きで、大学時代に初めて手にした携帯電話と PHS で移動通信分野に目覚めました。
季節が変わると携帯電話の機種を買い替えることを趣味とし、趣味と実益を兼ねた研究者生活を送っています。

「使 用可 能 な 無 線システムを認 識
して通信先を切り替えることで、高い耐障害性を発揮する『コグニティブ無線ルータ』を東日本大震
災被災地に震災直後より提供して
います。」

044

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

Ⅱ

図1

コグニティブ無線システムの構成

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

コグニティブ無線システムとは所に 28 台、宮城県内に 17 台、福島県内に 23台の計 68 台のコグニティブ無線ルータを設置

私たちスマートワイヤレス研究室では、携帯電話や無線 LAN 等の異種の無線システムを統し、高速で安定したインターネットアクセス環境を提供してきました。
が大きく関わって規格化した IEEE1900.4 とい技術の研究を進めています。本技術を活用すれうコグニティブ無線の制御方式に準拠して、機ば、短時間でインターネット環境を構築すると共器の稼働状況や電波環境、トラフィック量等のに携帯電話回線の効率的利用等が実現できます

情報が当研究室の管理装置に収 集され、自動（図 1）。本技術を実装したコグニティブ無線ルーで情報分析を行ってコグニティブ無線ルータにタを用いると、無線 LAN によるインターネット

フィードバックして制御を行い、安定で高速な環境の構築が容易に行え、大規模機能実証にて通信環境が常に維持できるように運用されてい可搬性と耐障害性に優れることが確認されてい

ます。

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

報通信ネットワークを実現するコグニティブ無線

基盤技術

このコグニティブ無線システムは、当研究室

Ⅲ 未来合的に取り扱い、電波の有効利用や効率的な情ます。東日本大震災において、少しでも復興の手助けになればと考え、これまで岩手県内の避難௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

045

Ⅰ
東日本大震災被災地にお け る 無 線
によるインターネット環境の構築／村上 誉

LAN

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術東日本大震災被災地での利用について

今後の展望被災地に設置したルータ（図 2）は、様々な形

東日本大震災においては、1995 年に発生しで利用されています。最初に設置した岩手県大た阪神・淡路大震災で得られた教訓が活かされ、

槌町立安渡小学校は海岸沿いの避難所になっ

物資の備蓄や被災時の対処マニュアルは機能していましたが、被災された方々は、ルータと同たと言われています。では通信環境はどうかとい時に設 置された PC を使って津 波 被害状 況をうと、日進月歩の通信技術の世界では、被災地伝えるインターネット上のニュース映像や安否に求められる通信のあり方はかなり変わってきて情報を確認されていました（図 3、4）。その際、いると思います。まず、携帯電話の普及によって、震 災後 20 日以 上 経 過しているにもかかわら個人が電話やメールを直接やりとりすることが可ず、映像を見ながら「こんなふうに津波が 来て能となりました。私たちが被災地入りしたときにいたんだ！」と会話されていたのが 印象的でしは、すでに衛星回線を使った臨時電話回線が整備た。また、救援物資等の情報を検索・閲覧した

されている避難所が数多くあり、もちろんそれらもり、子どもたちが息抜きに動画を探して楽しんでいたりと、限られた情報の中で生活する際の心の安心を満たす手段としても利用されていることに気付きました。また、手持ちの小型携帯
端 末を 無 線 LAN でインターネットに接 続し、情報を取得する姿も見られました。避難所の他にも、災害対策本部の連絡手段や、病院において医師が医療データベースにアクセスする手段
として、また、被災地で活動されているボラン
ティアの方々の通信手段としても利用されてい
ます。

図3

046

図2

インターネット接続に用いたコグニティブ無線ルータ

避難所の小学校内に設置したコグニティブ無線ルータによるインターネット接続環境

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３
図4 端末を操作して様々な情報を求める被災された方々

ついては可能な避難所であっても、スタッフ専用

ネット回線の復旧や、避難所から仮設住宅への移であったり時間制限があるなど、自由な通信が転等により、状況に応じて設置した機器が有効に行えない状況でした。ブログや SNS、インター活用していただけるよう移設をすすめています。

ネット掲示板や Twitter などのコミュニティサイ

このような移設のプロセスを通じ、着実な復旧のトを介した通信が一般に可能となった現在、テレ歩みを感じています。まだ被災地の復興には長い

ビや電話ではなかなか手に入らない口コミ情報

道のりがありますが、本システムがその一助となや蓄積された情報の参照を可能にするインフラ

りますことを、心より願っております。

Ⅰ−４

震災後 1 年半以上が経過して、有線インター

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術重宝されていたのですが、インターネット接続にⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

は、厳しい生活の中で少しでも安心を提供する手段になり得ると考えます。
今後、こういった通信手段の進化に合わせ、専門家の視点から災害時の通信のあり方について
どのような技術が求められるか、常に念頭において研究開発を進めていきます。スマートワイヤレ

Ⅲ 未来ス研究室では特にここ数年、世界の最先端の通信技術の研究を進めながら、それをいかに実用化に結びつけるかを追求しています。標準化団体

基盤技術

I
C
T

に対し提案して商品化のための仕様の共通化を行ったり、一部機能について民間企業と共同でⅣ 電磁波センシング基盤技術

商品化一歩手前の技術検証を行うなどしており、
東日本大震災の際に設置したコグニティブ無線
ルータもそのような活動から生まれたものです。
他にも多くの技術の研究開発を進めていますので、被災時に限らず様々な形で皆様に使っていただけるよう努力いたします。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

047

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

新しい無線システムを生み出すワイヤレスグリッド技術／児島 史秀

新しい無線システムを生み出す
ワイヤレスグリッド技術－省電力型SUNの研究開発と標準化－

児島 史秀（こじま ふみひで）

ワイヤレスネットワーク研究所
スマートワイヤレス研究室 主任研究員

1999 年大阪大学大学院博士後期課程修了。同年郵政省通信総合研究所（現 NICT）入所。以来、384kbps
高速 PHS、低レート動画像リアルタイム伝送、ROF マ
ルチサービス路車間通信、VHF 帯自営用移動通信の研究開発に従事した。現在、SUN における PHY/
MAC 技術に関する研究開発、および標準化推進活動に従事。博士（工学）。休日には、現勤務地でもある横須賀の散策を嗜むも、坂のあまりの多さに戸惑う。

048「将 来 の 効 率 的エネルギ ー 運 用 のカギを握るスマートメータのための
高 度 無 線 通 信 方 式の 研究 開 発に成 功し、国際標準規格として承認されることで世界的に認められています。」

●省電力動作技術

Ⅰ−１
光ネットワーク技術検討の背景と技術課題

 電池駆動の場合（例えばガスメータ）に電池交換のコストを下げるため、無線機の省電力を無線通信を用いて自動的に行うスマートユー

動作が望まれます。具体的な数値目標として、

ティリティネットワーク（SUN: Smart Utility

電 池 交 換なしの 10 年間 の動 作を想 定してNetworks）が、業務合理化とサービス向上をもいます。

たらす新たな無線システムとして注目を集めてい

 図（
1 b）
は別の利用イメージとして、放射線量ます。本システムは次世代電力網スマートグリッ

監視の例を示しています。本利用イメージにおドにおけるスマートメータ用無線ネットワークとしいても、SUN のマルチホップ通信技術は、多地ても有望です。

点にわたる監視を、また、省電力動作技術は年規模での長期的な監視を効果的に実現するこ

図1（a）では、各家庭のメータに取り付けられとができます。

た SUN 無 線 機 の 検 針 データが、無 線 通 信に

 私たちはマルチホップ通信機能を有する省

よって SUN のサービ スエリア内で集 約され、電力型 SUN 実現のための高度 PHY/MAC 技

そ こ か ら 必 要 に 応 じ て WAN（Wide Area

術に関する研究開発を行っています。

Networks）等の広域無線システムによって伝Ⅰ−４


合 住宅 の 一棟や、一戸建住宅 地

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術達されます。わが国での SUN の
サービスエリアは、図のように集

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

図 1 に SUN の 利 用 イメー ジ を 示 し ま す。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

電 気 ･ ガス･ 水 道 メータの 検 針 データ収 集（a）の一区画に相当し、1km 程 度の規模になると考えられます。

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

SUN に求められる主要技術課
題は以下のとおりです。
●マルチホップ通信技術 図1（a）に 示 さ れるように、SUN のサービスエリア内で無減衰や、建造物の遮蔽等による

（b）

I
C
T

基盤技術

電波減衰の影響で、十分なサー

Ⅲ 未来

線機間の伝搬距離による電波

ビスエリアが確保できない場合があります。この場合、無線機

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術同士がバケツリレーのように通信を中継する形態が有効です。
メータの新規設置や撤去等の状況変化に応じて、中継経路は
自律分散的に設定されることが望まれます。

図1 SUNの利用イメージ：（a）ガスメータの自動検針 （b）放射線量モニタリング௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

049

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

新しい無線システムを生み出すワイヤレスグリッド技術／児島 史秀

小電力型 SUN のための PHY/MAC 技術

してビーコンは休止可能としています。同時に、
アクティブ 期間であるスーパフレーム長の割● PHY 技術

合を、図のようにスリープ期間に対して小さく SUN の運用周波数として、わが国で有望とし、データフレームの送受信はスリープ期間に考えられているのは、スマートメータ無線用にも継続して行われるようにすることで、さらに新たに割り当てられた 920MHz 帯です。デー

消費電力を低減しています。各無線機は以上

タ伝送速度としては、100kbps 程度が前述ののような同期を用いながら、図のようにツリー

検針データ収集の用途には最も適当と考えられています。また、SUN のサービスエリア内に配置されるメータの個数は最大で10,000 台にも達することから、低コストの無線機実装が必須となり、シングルキャリア変調のひとつである FSK 方式の適 用が検討されています。
● MAC 技術
 図 2に、検討するスーパフレー
ム構成を示します。
スーパフレー
ムは、定期的に送信される同期用信号のビーコンの間隔内で設置される時間単位です。本検討
では、消費電力の低減を目的と

無線機外観

図2

省電力マルチホップ通信の概要

無線モジュール

インターフェースモジュール

PHY集積回路層

インターフェース
コネクタ

920MHz帯
ホイップ
アンテナ

制御用CPU
アンテナコネクタ
MAC層集積回路
図3050

開発されたSUN無線機

インターフェース
制御用CPU

の計測値を定期的にインターネット上のサーバによって、検針データを収集制御局へと中継してアップロードし、遠隔地からの確認を可能としたいきます。

動作画面を示しています。

前述の仕様に基づき開発した SUN 無線機をIEEE 802 委 員 会 で は、SUN の PHY 仕 様、

図 3 に示します。周波数帯は 920MHz 帯で、送MAC 仕様について、それぞれ IEEE 802.15.4g、信電力は 20mW です。図 4 は、SUN の動作例

IEEE 802.15.4e というタスクグループで標準化を示します。図 4（a）は SUN 無線機をガスメーが行われ、ともに 2012 年 3 月に標準規格が策

タ実機に接続することで収集された各検針値の定されました。前述の検討内容は、NICT による表示画面です。また図 4（b）は同様に放射線量計

提案として両規格に採用されています。NICT に

Ⅰ−２

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

SUN 普及の歩みと今後の展開

ワイヤレスネットワーク技術

SUN 無線機の開発と実証

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

状構造を自動的に構成し、マルチホップ通信におけるワイヤレスグリッド研究開発の主要テーマである SUN
システムは、上記標準化の終了
や、規格認証団体 Wi-SUN のます。

及のシナリオを歩み始めていⅠ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

設立を足がかりとし、着実に普Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

SUNの動作画面

上：（a）ガスメータの自動検針

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図4

下：（b）放射線量モニタリング௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

051

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

高速・大容量通信を実現した新しい光無線通信装置／有本 好徳

高速・大容量通信を実現した
新しい光無線通信装置－ファイバ敷設が困難な場所でも1km以内なら高速・大容量の通信ネットワークが構築可能に－「空間光をシングルモード光ファイバに直接結合することにより、1 本の光ファイバと等価な信号伝送を実現した光無線通信装置について紹介します。
」

有本 好徳 （ありもと よしのり）
ワイヤレスネットワーク研究所
宇宙通信システム研究室 主任研究員

大阪大学大学院修了後、1979年郵政省電波研究所（現NICT）に入所。衛星管制、宇宙通信、光無線通信などの研究に従事した後、現在は光無線通信装置の開発に携わっている。装置の光学設計、電気設計、機械設計は筆者自身がおこなっている。博士（工学）。

NICT では、10,000km 以上の遠距離にある人工衛星との間で、レーザ光を使って大容量通信を実現する技術を、10 年以上にわたって研究してきました。この研究開発で蓄積したレーザ光の精密な追尾技術を活用して、光ファイバの敷設が困難な場所でも光ファイバと同等の高速・大容量の通信ネットワークが構築できる新しい光
無線通信装置を開発しました。
世 界最高の通信容量を持った光無線通信装置
空間を通してレーザ光を伝送する光無線通信
は、光ファイバ通信や電波を用いた無線通信と比較すると、ケーブルの敷設や無線局免許等の手続きが不要で、相手局が見えれば数 km にわたって高速・大容量の信号が伝送できるため、今でも052光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

図1 光無線通信装置（左）と遠距離用の大型望遠鏡を取り付けた場合（右）像信号の伝送等に使われています。しかしながら、角が変動するので、安定した信号受信のためにこれらの製品は波長 0.78 μm から 0.85 μm のは、これらの変動を打ち消す自動追尾システムもレーザを使っているので、送信出力を人体（目）に必要になります。

使用している光源や受光デバイスの動作速度のしてきたレーザ光の精密な指向・追尾技術を活制約から、ギガビットイーサネット（1.25Gbps）
程用することにより、光ファイバとの結合に必要度までの通信が実用上の限界でした。
さらに、ネッな精度を持った小型の光無線通信装置（図 1）をトワーク機器との接続において光電変換が必要

開発しました。この装置を使って、2006 年からなため、伝送サービスごとに信号波長や変復調方

現在までに、10/100 ギガビットイーサネット、式、信号形式を変えた装置を開発する必要があり

光符 号 分割多重化（CDMA: Code Division

ました。

Multiple Access）信号、さらには高密度 波 長てもシングルモード光ファイバ通信を使ったネッ

Multiplexing）による 1.28Tbps の大容量光信

トワークと同じように 10Gbps から1Tbps の高号が、地上の数百 m の距離にわたって光ファイ

速・大容量を実現するためには、空間を伝送した

バと同様に伝送できることを示してきました。

I
C
T

基盤技術

多重
（DWDM: Dense Wavelength Division

Ⅲ 未来

このような問題点を解決し、無線通信においユニバーサルコミュニケーション基盤技術

そこで、衛星間光通信のために NICT で開発

Ⅱ

対して安全な数 mWに制限する必要があり、
また、

Ⅰ−４


設置場所の振動や建物の熱ひずみによって入射新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

複数の製品が企業や大学内の LAN の拡張や映光を直接光ファイバに結合する光無線通信方式
開発した装置の概要と屋外伝送実験

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術が 有効と考えられます。しかしながら、10 μmという微小な光ファイバの開口に光を効率良く安定に結合させる高い精度を持った光学系を実NICT で開発した光 無線 通信装置の動作原

現することは容易ではありません。通信相手から理を図 2 に示します。この装置は、光アンテナ

空間を伝送してきたレーザ光は大気のゆらぎに（ビームエキスパンダ）、水平・垂直の 2 方向によって到来角が変動したり、光無線通信装置のついてビームの角度を制御できる高速ミラー駆௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

053

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

高速・大容量通信を実現した新しい光無線通信装置／有本 好徳

動機構、追尾センサを内蔵したファイバ結合光学系から構成されています。

このような単純な構成を用いているにも関わらず、追 尾サーボの帯域が 8kHz 以 上と広く、伝送に用いる波長 1.55 μm の信号光と波長装置の内部損 失も 2dB 以下と小さくできたた

0.98 μm のビーコン光の 2 種類のレーザを 1 本め、光ファイバとの直結を特徴とする数少ないのシングルモードファイバから送信しますが、対光無線通信装置の中では世界最高性能を実現向する装置では、このビーコン光の方向をファイ

しています。内部構造の詳細を図 3 に示します。

バ結合光学系にある追尾センサで検出し、ミラー装置 全 体の重 量は 1.2kg 以下、設置調整時のの角度を動かしてファイバの入射角を一定に保つみに使用する CCD カメラを除いた消費電力はことにより光ファイバと同等の安定した信号伝送

1.2W 以下で、電池駆動でも 24 時間以上の連を行います。

続運用ができます。

図2

新しい光無線通信装置の動作原理

光アンテナ

ミラー駆動機構

2.4cm

補促センサ
（CCDカメラ）

精追尾センサ
（4分割PD）

PIDコントローラ
シングルモード
ファイバカップラ
ビーコンID

図3054

光無線通信装置の内部構造

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

この装置 2 台を対向させることにより、距離30m から 1km まで各種の光信号伝送を実施
してきました。図 4 及び５には、2007 年にイ

光無線通信装置

タリア・ピサにあるサンタナ大学で 1.28Tbpsの DWDM 信 号 伝 送 実 験 を 実 施した 時 の 様

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

子を 示していま す。2009 年 にも 同じ 場 所で
10Gbps のイーサネット信号伝送実験を実施しています。
最初の屋外実験から 5 年が経過しましたが、この装置を超える性能を持った光無線通信装
置は未だに開発されておらず、NICT が技術的ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３に世界をリードする位置にあります。この技術を実用化するための技術移転にも取り組んでおり、製造コスト削減のための設計の見直し、設

カメラ用三脚

置調整の簡易化のための検討も進めております。大 型の車両や船舶・航空機に 10Gbps 以

は、本 稿で 紹介した光無線 通信方式しか解決手段がないため、情報通信技術が成熟するにつれて本研究開発成果を活用する分野が広がって新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４上の伝送容量を持った通信を提供するために

図4 サンタナ大学通信研究所の屋上に設置した光無線通信装置

いくものと期待しています。

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

対向局

Ⅲ 未来

光無線通信装置

基盤技術

I
C
T

図５ サンタナ大学通信研究所から対向局を見た伝送路の様子

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

055

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波を使った侵入者検知 シ ス テ ム の 開 発 ／ 辻 宏 之

電波を使った
侵入者検知システムの開発

辻 宏之（つじ ひろゆき）

ワイヤレスネットワーク研究所
宇宙通信システム研究室 主任研究員

大学院修了後、1992 年、郵政省通信総合研究所（現
NICT）に入所。アレーアンテナ信号処理、航空機通信
システムなどの研究に従事。横浜国立大学大学院客員教授。博士（工学）。人に役立つ技術をめざし、これまでアレーアンテナを使った発信者の位置特定技術
やセキュリティシステムなどの研究を行ってきました。
現在は、航空機や列車などでインターネットが快適につながる環境をめざした技術に関心を持ち研究に取り組んでいます。

056「新発想・新原理の電波による侵入検知システム1 台だけで、今まですべての窓・ドアに付けていた開閉センサー
や陰までは見通せなかった赤外線センサーをすべて置き換えてしまいます。
」

りました。2006 年頃、空間上に複数配置したアません。これまで、人の侵入や窓・ドアの開閉とンテナ（以後、アレーアンテナと呼びます）
を使っいった「イベント」を検知するためには、焦電型赤て、屋内の電波発信源の位置を正確に推定しよ

外線センサーやドアセンサーなどを侵入経路まうという研究を、当時卒業研究のため研修員でたは対象物ごとに取り付ける方法が一般的です。

あった慶応義塾大学の学生と行っていました。こしかし、すべての窓にセンサーを設置することはの技術は高速無線伝送や位置管理を行うといっ面倒であるばかりでなく、当初想定していない侵たアプリケーションの要素技術として利用できま

入経路・対象物は検出できないという欠点もあす。方式の検討と実験を繰り返し行っていました

ります。このような課題に対し、NICT では電波が、なかなか良い結果が出ず失敗の繰り返しでしを使って夜間・休日などで無人になった空間全た。その 1 つの原因として、少しでも家具が動い

体を丸ごと監視できる新しいタイプの侵入者検たりドアが開いたりすると電波の伝わり方が変化

知システムを開発しました。このシステムは、部し、推定結果に大きく影響するという問題があり屋に 1 つ設置するだけでよく、今までの侵入センました。年の瀬も迫ったあるとき、検討していた

サーのように全ての窓や経路に機器を設置する

方法が部屋の環境変化に敏感であるなら、位置必要がありません。しかも感知レベルの不安定を検出するのではなくホームセキュリティのため

さや物陰までは見通せないという欠点のある赤のセンシングに使えるのではと思いつき、実験を

外線センサーをも全て置き換えてしまうことが行ったのがクリスマスイブでした。結果は予想以できる新しいセキュリティシステムです。

上で、送受信のアンテナを部屋に 1 か所それぞれ

Ⅰ−２

Ⅰ−３

Ⅰ−４


セキュリティシステムを導入する人も少なくあり

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

このシステムの開発は意外なところから始まネットワークセキュリティ技術

最近、セキュリティへの関心が高まり、ホーム

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

開発のきっかけ ―失敗から学ぶ―

光ネットワーク技術

システムの概要

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1 アレーアンテナを使ったセキュリティシステムのしくみ௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

057

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波を使った侵入者検知 シ ス テ ム の 開 発 ／ 辻 宏 之

設置するだけで、ドアの開閉、人の動き、家具のに利用し、センサーから見通せない隠れた場所

移動など見事に検知できることが確認できましでのイベントも検出できるという利点を持ってた。それがきっかけとなり現在に至っています。

います＊。

余談ではありますが、その学生は急きょ卒業論＊近 年、マルチパスの環境でアレーアンテナを利用し、通信速度や文のテーマが変更になりましたが、無事卒業で品質を改善する手法が開発され無線 LAN などで実用化されてい
ます。

きました。
リアルタイムイベント検出評価装置の開発
アレーアンテナを使ったセキュリティシステム
の動作原理

当初、この研究を行うに当たり、既存の装置を組み合わせて実験および評価を行ってきました。

本システムの動作原理を簡単に説明します。

その結果、実験装置自体が大きくなり、またデー

図 1 のようにある部屋の 1 か所に電波を出す送タを収集してから解析を行うという方式をとって信機を置き、別の場所にアレーアンテナを持っいたため扱いにくく効果もわかりにくいという欠た受信機を置きます。送信機から四方八方に放点がありました。そこで、システム構成の見直し射された電波は、床、天井、窓、家具といったあと信号処理の方式を工夫することにより、装置のらゆるものに反射もしくは吸収されて、複雑な小型化と小型マイコンでのリアルタイム処理を可経路を経た後受信点に到着します。このあらゆ

能としたイベント検出評価装置の開発に成功しるものと複雑な経路というのがこのシステムのました。装置の外観を図 2 に示します。この装置

ポイントです。この結果、受信点のアレーアンテ

は送受信装置が一体となっており、イベントを検ナには様々な方向から電波が入射し受信されま出する処理装置も内蔵しています。この装置にアす。もしもこの送受信間の途中経路で人の侵入ンテナを接続するだけで、人の侵入や窓などの開や窓が開くなどのイベントが発生すると電波の閉のイベントの発生を音で知らせてくれます。ま伝わり方が変わり、受信点では電波の受信強度

た USB ポートを内蔵しており、PC を接続すれば、ばかりでなく入射する角度が 変化します。本シ

データの記録やその他詳細な情報を表示する

ステムではこの空間的に変化する電波の入射のことができ、様々な解析を行うことができます。

パターン変化をアレーアンテナでうまくとらえる

USB
Interface

ことによりイベントを検出します。これまで受信

Transmitting
Antenna

Receiving
Antenna点において 1 つのアンテナで受信強度の変化のみを検出する方式はありましたが、この方式では送信機の変動や些細な室内の変化により受信強度が変化してしまい誤検知を引き起こすことが多かったため実用化に至っていませんでした。一方、アレーアンテナを用いる方式は、電波の伝わり方を空間的に検出するため確実な検出を実現することができます。通信では一般に電波の複雑な反射（マルチパスと呼ばれる）は、通200 mm

信品質を劣化させる原因となるため厄介な存在でしたが、ここでは電波のマルチパスを積極的

058

図2

リアルタイムイベント検出評価装置の外観

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

図3

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

イベント検出結果の例

まとめと今後の展開

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

なお、この装置のハードウェアの構成は、現在の携帯電話端末よりも単純であるため、将来は携帯電話程度の小型化は可能であると考えています。

開発したシステムは、部屋に 1 つ設置するだけで部屋全体の監視を実現し、送受間の見通し

評価装置によるイベント検出がとれない場所のイベント検出も可能となりました。装置が簡便で容易に設置できるため、現状たときの検出結果を図 3 に示します。横軸は時無、家具などの配置の変化、さらには浴室やトイ

刻で、縦軸は本方式により得られた状態の変化

レ内などの人の動きの監視、物の置き忘れまでを数値化した結果を示します。ここでは時刻 Aも検出ができるため、今後様々な使われ方が期

でドアを開けて人が部屋に入り、時刻 B から部待されます。現在は、より安定して精度の高い検屋の中を歩きまわり、時刻 C で一旦静止後、時出方法の改良を進めるとともに実用化を目指し

刻 D で部屋を出るという動作を行っています。

ています。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

また本システムは、部屋の人の動きや存在の有Ⅱ例を示します。ある部屋に人がドアを開け侵入しⅠ−４


の警報システムとの連携も容易となっています。

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

この評価装置を使った実際のイベントの検出

図 3 の結果より、何もイベントが発生していな
いときグラフはほぼ 0 を保ったまま一定の値ですが、時刻 A からのドアの開閉、時刻 B からのⅢ 未来

人の動きとともに値が変化しているのがわかります。また、この装置ではこの値に適当なしきい値を設定し、あるレベルを超えるとイベントの発

基盤技術

I
C
T

生としてブザー音を出すようになっています。このしきい値を調整することで検出感度が調整でⅣ 電磁波センシング基盤技術

きます。最後に部屋を出てドアを閉めると、もとの 0 に戻っています。さらに、人が部屋で静止している時刻 C と人がいないときの値を比較すれ
ば、人の動きだけでなく、部屋の人の存在までも検出できることがわかります。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

059

Ⅰ
「きずな」
（
）の宮城県での運用について／高橋 卓・秋岡 眞樹

W
I
N
D
S

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術「きずな」（WINDS）の宮城県での運用について「東日本大震災において、消防、自衛隊の要請で、超高速インターネット衛星『きずな』を用いて救助活動の支援を行い、災害 時の 衛星 通 信の威 力と可能性を改めて実感しました。」

高橋 卓（たかはし たかし）

ワイヤレスネットワーク研究所
宇宙通信システム研究室 研究マネージャー

大学院修士課程修了後、1991 年に郵政省通信総合研究所（現 NICT）
入所。高速衛星通信、衛星通信システムなどの研究に従事。

秋岡 眞樹（あきおか まき）
ワイヤレスネットワーク研究所
企画室 専門推進員

大学院修了後、科学技術特別研究員を経て 1993 年に郵政省通信総合研究所（現 NICT）に入所。宇宙環境、
宇宙技術などの研究に従事。博士
（理学）
。

060

スーパーハイビジョン映像の伝送実験や高精

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

超高速インターネット衛星「きずな」（WINDS）

細 4K カメラによる 3D 映像など、次世代の映ターから H-ⅡAロケット 14 号機で打ち上げられます。2009 年 7 月には、皆既日食映像伝送実ました。打ち上げ後 4 年以上たちましたが、順験において、車載局を硫黄島に持ち込みハイビ調に運用を続け、数々の実験を精力的に実施しジョン 4 チャンネル分を NICT 本部（小金井市）ています。最大の特徴は、世界最高速の衛星通へリアルタイムで伝送し、インターネット等を介

信性能をもち、アジア太平洋全域をサービスエ

して報道番組等ひろく日本中のお茶の間にも提リアとするブロードバンド IP 通信が可能である

供しました。2010 年 1 月には、神奈川県の大和ことです。
「きずな」には NICT が 開発した再生成和病院の手術室と神戸国際会議場を「きずな」

交換機を搭載しており、搭載交換機を使用したで結び、心臓外科手術の 3D 映像中継実験を成再生交換モードでは、多数の地点を同時に結ん功させています。

で最高 155Mbps の通信が可能です。また、搭「きずな」の地球局設備は、地上網で広く普及

載再生交換機をバイパスしたベントパイプモーしているイーサネットで外部機器と接続されま

ドでは 2 点間で 1.2Gbps 超の通信が可能で、す。このため、コンピュータやテレビ会議、IP 電

様々な実験やイベントをこなしてきました。

話をはじめ、多くのネットワーク対応機器をその

Ⅰ−２

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

像コンテンツの大容量伝送実験を成功させていワイヤレスネットワーク技術「きずな」は 2008 年 2 月に種子島宇宙セン

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

マルチビームアンテナ

MBA
電子走査ビームアンテナ
ＡＰＡＡ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術• 地上高速ネットワークとのシンプルな
インタフェース（イーサネット）

Ⅱ• 衛星による超高速ネットワーク
最大1.2Gbps/ビーム（非再生中継）
最大155Mbps/ ビーム（再生中継）©

MBA
カバーエリア• 超広帯域高出力中継器

APAA
カバーエリアMBA

APAA

上り： 27.5 ～28.6GHz / 下り： 17.7～18.8GHz

通信エリア

日本全国及びアジア10 都市

アジア太平洋全域

EIRP 、G/T

68dBW以上、18dB/K以上

55 dBW以上 ､7 dB/K以上

偏波

水平及び垂直偏波

垂直偏波

中継方式
図1

NICT

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

周波数

I
C
T

基盤技術

• 搭載再生交換システム （ABS）

Ⅲ 未来• Ka帯マルチビームアンテナ＆アレイアンテナ

再生交換中継方式またはベントパイプ中継方式

超高速インターネット衛星「きずな」（WINDS）の概要

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

061

Ⅰ
「きずな」
（
）の宮城県での運用について／高橋 卓・秋岡 眞樹

W
I
N
D
S

ネットワーク基盤技術

まま接続して運用する事ができます。このシンプた政府展示において災害救助活動における「きず

ルなインターフェースは、最先端の通信衛星であな」の利用を含む展示実験を東京消防庁の方々る「きずな」をとても使い勝手のよいものにしてと協力して実施しました。災害時に緊急援助隊といます。

して遠隔地に派遣されたときの通信に関する問
題点や重要性などの議論をもとに、2011 年 4 月

災害時の衛星通信利用について

からの NICT 第 3 期中期計画が開始されたら協力して取り組もうと、具体的なプランを練り始め

地上の光ファイバー網と異なり、地上通信網のていたところでした。

ないどんなところでも、地球局設備があればす

その矢先、3 月 11 日に東日本大震災が起こっ

ぐに大容量ブロードバンド回線を開設できる点てしまいました。すぐに NICT 本部から関係機関

が「きずな」の強みです。これは、大規模災害によに情報収集を始めましたが、思うように電話が通る通信途絶に対しても大きな力を発揮します。こじません。テレビを見ているだけで、想像したこの点について、実際の現場で活動する消防などともないような被害に見舞われていることはわの関係者も「きずな」に強い関心を持っていましかります。
「きずな」を使用する状況になった場合た。2010 年 10 月に沖縄で APEC 電気通信・情に備えて、念のため衛星運用スケジュールの確保

報産業大臣会合が開催された際には、併設されと必要な資機材の集積準備を開始しました。夜

図2

062

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

気仙沼市での活動状況
屋上に可搬型VSAT（IDU及びODU）を展開し、窓越しにケーブルを災害対策本部に引き込んで運用した。

地と救援部隊のお役に立つことができました。

担当者から、「緊急消防援助隊が活動する現地と加えて、「あれもできる」「ここはこうすればよい」との通信に『きずな』を使いたいとの話が出ている

たくさんのことに気付くことができました。

がありました。大急ぎで資機材の確保状況の確信はハイビジョンの映像やテレビ会議に加え、IP認と情報収集と準備を本格化させました。また、

電話や WiFi 付携帯電話も衛星回線とうまくつ一緒に「きずな」プロジェクトを進めている宇宙

なぎこむと被災地でかなりの有効活用が期待で航空研究開発機構（JAXA）の担当者とも調整し、きることがわかりました。
「きずな」を使えばその「きずな」使用のスケジュール変更とリソース等のままインターネットにつなぎこめますので、被災確保に協力していただきました。あたふたと一応地での救助活動や被災者支援にそのまま役立ての準備を整え、14 日には現地に追加派遣されるられます。ファイル共有ツールや VPN なども有

緊急消防援助隊の東京都隊とともに大手町の東用です。作業開始後半日程度でブロードバンド

京消防庁本庁を出発しました。

回線を開通させられる即応力を今回も発揮して

沼市災害対策本部の置かれた気仙沼消防署・防でアクセスできるものでなければ、運用現場にか災センターに到着、設置場所や電源・信号線ルー

えって負荷をかけてしまうかもしれないことも貴ト等の調査・調整を始めました。東京側で作業重な教訓としたいと思います。そして、とにかくしているチームメンバーの手際のよさもあり、ア電源の継続的な確保の大切さ。ここにあまり詳

ンテナ設置、室内や消防車両へのケーブル敷設、しいことを書く余裕はありませんが、後から考え

アプリケーション機材の立ち上げも含め、夕方 4

るとあたりまえに思えてしまうことも多いです。

時ごろには大手町の東京消防庁作戦室との間に今後、衛星通信の先端技術を追求する研究開Ⅱ発に加え、それを実際の現場で使えるものに仕

その後、航空自衛隊の災害派遣の部隊ととも上げていくためにやるべきことがいろいろとあるに松島基地に移動し、入間（埼玉県）と松島の間ことをあらためて痛感させられました。報道や関にブロードバンド通信回線を提供しました。

係機関などでは、衛星携帯電話をはじめ衛星通

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

衛星回線が確保できました。

Ⅰ−４

くれました。災害現場で使うツールはワイヤレス

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

14 日深夜に気仙沼市に入り、15 日朝に気仙Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

今回の一連の活動で、「きずな」による衛星通ワイヤレスネットワーク技術

が、協力してもらえる可能性はあるか？」
との連絡

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

中、日付も変わった 12 日未明、東京消防庁の信の重要性があらためてとりあげられているよう
被災地での活動を踏まえてです。今回の活動の中で気付いたことで検証のを始めています。現場の人たちに現場のイロハも防災機関ではありません。
「きずな」のチームも災教えていただきながら研究開発を推進していき

害対応機関の活動に役立つ研究をこれから…、とたいと考えています。
東日本大震災で亡くなられた方のご冥福と、分に発揮できたとは思っていません。報道される

被災された地域の復興を心よりお祈り申し上げ

被害状況に衝撃を受けて、何かできることがあます。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

いうところでしたので、「きずな」の持てる力を存

I
C
T

基盤技術

NICTは防災につながる研究はしているものの、

Ⅲ 未来

必要なことは、被災地から帰ってすぐ実験や検討

るならやらなければ、と走り出してしまったようなもので、準備も十分といえるものではありませんでした。それでも、実際の災害対策現場で「きずな」が使われたことで、ささやかながらも被災௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

063

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

宇宙光通信と衛星量子鍵 配 送 ／ 豊 嶋 守 生

宇宙光通信と衛星量子鍵配送「衛 星 から の デ ー タ 通 信 容 量 が年々増加しており、今や衛星通信
でも光通信の時代に入りました。
光通信はレーザを使うため、光を用いる量子 ICT 技術とも親和性が良く、将 来、衛 星 量 子 鍵 配 送 も

豊嶋 守生（とよしま もりお）
ワイヤレスネットワーク研究所
宇宙通信システム研究室 室長

1994 年、郵 政 省通 信 総 合研 究 所（現 NICT）に入 所。
ETS-Ⅵによる光通信実験に従事し、その後 JAXA 出向、
ウィーン工科大学在外研究を経て、OICETS との光通信実験を実施。博士（工学）。

期待されます。」

衛星通信におけるデータ伝送速度の増加
年々高速化する地上通信回線は、やがて近い
将来には光ファイバにより全てがつながるネット
ワークが実現されると考えられています。こうした「光」を使った情報通信技術は、宇宙通信ネットワークにも拡大応用され、宇宙と地上における通信が「光」で結ばれる光ネットワーク時代の到来が想定されます。電波も光波も同じ電磁波ですが、光は数百テラ Hz という搬送波周波数のために、アンテナや機器の小型・軽量化が可能で、周波数資源の有効活用ができ法的規制も緩やかです。2015 年には、観 測衛星等からのデータ伝送速度が約 20Gbps 以上になると試算されており（図 1）、このような高速・大容量通信は光通信でなければ実現できません。近年に

064

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

衛星－地上間光リンクの確立
NICT では、1994 年に技 術試
験衛星Ⅵ型「きく 6 号」
（ETS-Ⅵ）を用いて、世界で初めて地上－静止

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

衛星間の光通信実験に成功しました。その後、欧州宇宙機関（ESA）
では、静止衛星 ARTEMIS と地球観測衛星 SPOT4 との間で、2001
年から光通信回線をデータ中継のⅠ−３
ネットワークセキュリティ技術ために 1 日 2 回定常的に利用しています。宇宙航空研究開発機構

図1 衛星のデータ伝送速度の動向（JAXA）の開発した光衛星間通信「きらり」）は、2005 年
実験衛星（OICETS＊、以下
8 月に軌道高度 610km の太陽同期軌道へ投入され、2005 年 12 月に ARTEMIS との間で双方器の開発に携わった後 NICT に戻り、2006 年～
2009 年、東京都小金井市にある NICT 宇宙光
通信地上局（以下、NICT 光地上局、図 2）の上空において、世界初の地上－低軌道衛星間の光通

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

NICT光地上局の望遠鏡

Ⅱ

図2



ました。当時、筆者も JAXA に出向し光通信機

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

向光衛星間通信実験が国際協力として実施され信実験を実施しました（図 3）。この実験により、低軌道衛星－地上局間光回線への大気ゆらぎの影響を初めて実測できたことは、学術的意義だ
けでなく、都市部に散在するビル間の光通信、航空機等の飛翔体との光通信、地上における光無

Ⅲ 未来

線技術等へ広範に応用されることが期待されて
います。

基盤技術

I
C
T

空間量子鍵配送への応用
世界初の低軌道衛星 - 地上局間の光通信実験

情報通信技術では、情報漏えいや不正アクセ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図3スなどを防止する情報セキュリティ技術の要請おける目覚ましい光学技術の発達に伴い、レーが高まっており、盗聴技術が高度化する中で暗ザを用いた宇宙通信が実現可能な時代に突入し号技術は益々重要になってきています。量子暗ました。

号システムは、量子信号の伝送媒体として光子を用いているため、光通信とは非常に親和性が௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

065

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

宇宙光通信と衛星量子鍵 配 送 ／ 豊 嶋 守 生

図4

UQCC国際会議でのビル間量子鍵配布のデモンストレーションの様子

よいシステムです。現状、ファイバ中での量子鍵配送では、ファイバ中の損失などの影響によりその伝送距離は 150km 程度が限界で海を挟むような大陸間を伝送できませんが、自由空間においては、より遠方への伝送が可能で、地球を周回する衛星を用いると、地球上のどこでも量子鍵配送が可能となります。多くの場合、量子鍵配送には光の偏光が用いられますが、前述した衛星「きらり」との光通信実験において、世界で初めて衛星－地上間での偏光特性を取得し、量子鍵配送への影響を定量的に測定することができました。NICT では、
空間伝送用の量子鍵配送システムの実現性を確認するためにプロトタイプモデルを開発し、2010
年 10 月に開催された UQCC 国際会議において

図5

任意の２つの地上局を用いた量子鍵配送

距離約 1.37km のビル間で量子鍵配送のデモン
ストレーションを行いました（図 4）。

1）衛星から量子鍵αを量子鍵配送により生成・配信し、地上局 A で量子鍵αを保存します。

地 球規模での衛星を用いた量子鍵配送2）地上局 B の上空で、衛星から量子鍵βを生成・配信し、地上局 B で量子鍵βを保存します。

066

任意の 2 つの地上局を用いた量子鍵配送 ･ 共

3）衛星では量子鍵γ＝α XOR βを算出し通常

有実験は、地球規模で図 5 に示す手順で実現可の通信回線で両ユーザに配信します。
（XOR

能となります。

は排他的論理和で、γは盗聴されてもよい）光ネットワーク技術

Ⅰ−１4）そ れぞ れの 地 上 局で 自 分 の
量 子 鍵 とγを 排 他 的 論 理 和（XOR）することで相手の量子鍵を共有できます。
任意の 2 つの地上局を用いたワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

量子鍵配信・共有実験は、例えば、
ヨーロッパで量子鍵を衛星に送信し、地球の反対側の日本で受信することによりグローバルな量子鍵配送が可能となります。ファイバ
通信では現状 150㎞程度しか量
図6

ネットワークセキュリティ技術

子鍵配送できないと言われていま

Ⅰ−３
開発中の超小型衛星搭載用の小型光トランスポンダ

すので、ファイバ通信の距離では実現できない長距離伝送が可能である衛星量子鍵配送では、地球規模で量子鍵配送が可能であるということは、将来の応用へ重要な意味を持Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

つと考えられます。
今後の展望宇宙通信システム研究室では、小型衛星の打Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ち上げ機会を捉えて、軌道上から小型光トランス
ポンダ（Small Optical TrAnsponder: SOTA）
による光通信の宇宙実証を考えています。現在、SOTA のフライトモデルを開発中で、50kg 級の小型衛星へ搭載する予定です。その搭載質量は６kg 程度で、直径約 5cm の光アンテナを備え
礎実験用の非直交な偏光を持つレーザを 2 台搭
ングレベルでの光子測定実験を行う予定です。
これにより、量子鍵配送に必要な基礎的なデー
球観測衛星等で取得される様々な環境・災害観
測データの伝送に役立つ他、高セキュリティな回線確保のため、社会の安心・安全を支える基盤として期待されています。

【光衛星間通信実験衛星「きらり（OICETS）
」
】

I
C
T

「きらり」
（OICETS）は、欧 州 宇 宙 機 関（ESA）の 先 端 型データ
中継技術衛星「ARTEMIS」との間での実証実験を主な目的に、2005 年 8 月 24 日にカザフスタン共和国バイコヌール宇宙基
地からドニエプルロケットにより打ち上げられた技術試験衛星です。
「きらり」のような低高度地球周回衛星と地上局間の光通信においては、受信光レベルが大気による減衰やゆらぎにより大きく変動するため、高速で移動しながら地上局に正確にレーザを送信し続けるには極めて難易度の高い技術が必要となります。本稿で紹介したように、NICT と JAXA は、同衛星と光地上局との間での光通信実験に成功しました。こうした低軌道地球周回衛星と光地上局とを結ぶ光通信実験成功は世界で初めてのことで、日本の技術力の高さを証明することができました。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術タを取得する予定です。こうした光学技術は、地＊キーワード

基盤技術

載しており、地上局においてフォトンカウンティ

Ⅲ 未来

ています
（図 6）。SOTA には、量子鍵配送の基

067

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−3

安心・安全に情報をやりとりできる
ネットワークセキュリティの研究開発を推進高橋 幸雄（たかはし ゆきお）

ネットワークセキュリティ研究所
研究所長

出身は島根県の西の端、益田市の中国山脈を見渡せる周りに誰もいない星のきれいな田舎で育ちました。
1982 年京都大学理学部（修士）を卒業し、郵政省電波研究所（現 NICT）に入所しました。
VLBIと呼ばれる電波望遠鏡を使ったプレー
ト運動、
日本等の位置の基準、さらには天文の研究を行い、また、日本の標準時のもとになる日本標準時、さらには位置
認証の研究を実施してきました。2008 年情報セキュリティ
大学院大学で学位（情報学）を取得しました。毎週自転車の遠乗りとジョギングとお酒を楽しんでいます。

「情 報通信社会の中で大きな脅威となっているサイバー攻撃時のセキュリ
ティの課題に関して、安心・安全な情報をやり取りできるように、ネット
ワークセキュリティの研究開発を推進しています。
」

068

はじめに

ネットワークセキュリティ研究所の目指すもの

今やインターネットに代表される情報通信ネット

ネットワークセキュリティ研究所では、誰もがワークは、生活において不可欠なライフラインの1つ

安心・安 全に通信を行うことが できるように、になっており、またクラウドやスマートフォンなど新し

NICT の中立性を活用し、サイバー攻撃に対抗す

い技術により大きな変革を迎えています。その中で、るための理論と実践を融合させたネットワークセ

サイバー攻撃は、DDoS 攻撃や、標的型・APT 攻撃、

キュリティの研究開発を実施し、世界的な研究拠Web、SNS、メールを介した攻撃など、多種多様で点になることを目指しています。

かつ極めて巧妙になってきており、大きな脅威とな

サイバー攻撃は、多くの場合、ウィルス、ワーム、るとともに、防御や対策が難しくなってきています。

ボット等の総称である“マルウェア”によって引きサイバー攻撃は、金銭目的や主義主張、さらには国起こされており、日夜新種の攻撃が出現していま

家的な紛争・脅威にも使われ、オールジャパンあるす。そのため、日々の攻撃に対応を行う“現在志いは国際連携で協力して対抗する必要があります。

向”の実践的研究開発と、中長期的視点で攻撃光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

ネットワークセキュリティ研究所の3つの研究課題

両輪で推進し、攻撃側優位の現状から防御側優要求に応じたセキュリティが確保できるアーキテク位にしていきたいと考えています。

チャ技術の研究開発を実施しています。多様化したネットワーク環境では、インターネットのようなネットワークセキュリティ研究所の研究開発について

一様なネットワーク、一様なセキュリティでは対応できなくなり、安全性も不十分となってしまいます。

リティアーキテクチャ技術、セキュリティ基盤技

テムに対応可能な過不足のない脆弱性管理、大規術の研究開発を、三位一体で実施しながら、ネッ

模認証などが行えるセキュアな新しいネットワーク

トワークセキュリティの研究を推進しています。

を実現するための技術開発を行っていきます。

リアルタイムで把握し適切な対応を実施するため

極めて安全性が高い量子セキュリティ技術や、既観測・分析・対策技術の研究開発を行うとともに、存の現代暗号よりも遥かに安全性が高く超高速の攻撃の前兆を捕えて予防を行うための基盤技術

量子計算機が実現しても安全な長期間利用可能を確立し、攻撃者にとって抑止力となる実践的かな新しい暗号技術を開発していきます。また、電子

つ先行的対策を可能にしていきます。また、Web、

政府推奨暗号リストの維持等への貢献など、暗号

SNS、スパムメール等のサービスレイヤでのサイの安全性に関する研究や活動を行っていきます。

I
C
T

基盤技術

セキュリティ基盤技術では、盗聴検知が可能で

Ⅲ 未来

サイバーセキュリティ技術では、サイバー攻撃を

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

そのため、サイバー攻撃の回避、複雑度の高いシスⅡ

当研究所は、サイバーセキュリティ技術、セキュⅠ−４

ネットワーク環境や利用環境に対応し、利用者の新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術をしにくくする“未来志向”の先進的研究開発のバー攻撃や標的型攻撃に対応した観測・分析・対
おわりにⅣ 電磁波センシング基盤技術

策の技術開発を進めていきます。さらに、得られたマルウェアや攻撃トラフィックのデータを、研究や人材育成に役立てることで、日本のセキュリティ
技術のポテンシャル向上に貢献していきます。
セキュリティアーキテクチャ技術では、クラウド
やモバイル技術の急速な発展による多様化した研究の成果展開や社会貢献を積極的に行い、国内外の研究機関等とも連携し、国民誰もが安心・安全に情報通信を行うことができるように研究開発を進めて参ります。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

069

Ⅰ
インシデント分析センタ ー／中尾 康二・井上 大介

n
i
c
t
e
r

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

インシデント分析センター
nicter－世界最先端のサイバーセキュリティ技術の研究開発－「n i c t e r は進 化 型 のセキュリティ	フレームワーク。日本の、そして世界のセキュリティを向 上させるため、
	実践的なサイバーセキュリティ技術の研究開発を行っています。」

中尾 康二（なかお こうじ）

井上 大介（いのうえ だいすけ）

1979 年早稲田大学卒業後、国際電信電話株式会社に入社。KDD 研究所を経て、現在 KDDI 情報セキュ
リティフェロー、及び NICT ネットワークセキュリティ
研究所 主管研究員兼務。ネットワーク及びシステムを中心とした情報セキュリティ技術に関わる技術開発に従事。

2003 年横浜国立大学大学院工学研究科博士課程後期修了後、独立行政法人通信総合研究所（現 NICT）に入所。2006 年よりnicter の研究開発に従事。現在ネットワークセキュリティ研究所
サイバーセキュリティ研究室 室長と、ネットワーク研究本部 ネット
ワークシステム総合研究室 研究マネージャーを兼務。博士（工学）。
SF 小説や SF 映画、テクノ、ハウス、エレクトロがエネルギー源。

ネットワークセキュリティ研究所
主管研究員

070

ネットワークセキュリティ研究所
サイバーセキュリティ研究室 室長

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

Ⅰ−４


nicterの全体像

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

図1

はじめに

研究所サイバーセキュリティ研究室では、インシデント分析センター nicter＊3 の研究開発を進め

インターネットは私たちの社会活動や経済活動

ています。

Ⅱ

前の時代にはもはや逆戻りできない不可逆的変ユニバーサルコミュニケーション基盤技術に多大な恩恵をもたらし、インターネット普及以インシデント分析センター nicter

化を現代社会の隅々にまで及ぼしています。一方、るサイバー攻撃の脅威も拡大の一途を辿っていま的な活動傾向をリアルタイムに把握し、それに起す。サイバー攻撃は人間であるクラッカー が引因したサイバー攻撃の早期発見、原因究明、対策

き起こすものですが、そのツールとして使われる導出を可能にするため、マクロ解析システム、ミのがマルウェア

と呼ばれる不正なプログラムでクロ解析システム、相関分析システム、インシデ

す。90 年代前半までマルウェアは愉快犯もしくはントハンドリングシステムの 4 つのサブシステム

自己顕示を目的として作成・流布されることが多から構成されています（図 1）。以下では、これらかったのですが、90 年代後半以降は金銭詐取をのサブシステムの概要を紹介します。

＊1

＊2

I
C
T

基盤技術

nicter はリモート感染型マルウェア＊4 の世界

Ⅲ 未来

その発展と同調するように、インターネットにおけ始め、高度化・巧妙化が急速に進んでいます。

● マクロ解析システム

このような、マルウェアに起因するサイバー攻

マクロ解析システムでは、国内外の複数地点に撃に対抗するために、ネットワークセキュリティ

観測用のセンサを設置し、「未使用」の IP アドレス

＊1 悪意を持ってハッキング行為を行う者。
＊2 ウ ィルス、ワーム、トロイの木馬、スパイウェア、ボットなど情報漏えいやデー＊3 N
 etwork Incident analysis Center for Tactical Emergency Response.
＊4 ネ ットワークを経由して能動的に攻撃を行うことで感染を広げるタイプのタ破壊、他のコンピュータへの感染など有害な活動を行うソフトウェアの総称。
“malicious”と“software”
を組み合わせた造語。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術目的とした組織的な犯罪のツールとして利用されマルウェア。最近では 2008 年 11 月に感染爆発を起こした Conficker や、
2011 年 8 月から増加傾向が確認されている Morto などが有名。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

071

Ⅰ
インシデント分析センタ ー
n
i
c
t
e
r

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

を大量＊5 に観測しています。本来、未使用の IPています。また、マウス操作による視点の変アドレスに対して通信は成立し得ませんが、実際

更や拡大縮小、パケットオブジェクトのクリッに観測してみると相当数のパケットが届きます。

クによる詳細情報の表示など、分析者のイン

これらの大部分は、マルウェアが次の感染対象

タラクティブな操作が可能です。

を探すためのスキャンや、マルウェア同士が P2P
ネットワークを確立するためのランデブー用の通（2）Cube／中尾 康二・井上 大介

信など、マルウェアに起因したパケットなのです。

 Cube（図 3）は、ダークネットに到達したパ

したがって、未使用の IPアドレス
（以下、
ダークネッ

ケットを、その送信元と宛先の各種情報に基ト）を観測・分析することによって、インターネッ

づいて、三次元空間に浮かぶ立方体中にアニトにおけるセキュリティインシデントの一大要因

メーション表示する可視化エンジンです。立となっているマルウェアの活動傾向を捉えること

方体の縦軸に送 信元 / 宛先 IP アドレスを、が可能になります。以下、マクロ解析システムに横軸に送信元 / 宛先ポート番号を取り、送信含まれる可視化エンジンについて概説します。

元（図 3 の左平面）から宛先（図 3 の右平面）に向けてパケットを通過させることで、マル（1）Atlas

ウェアによるスキャンの形状などが可視化さ Atlas（図 2）は、ダークネットに流れ込むト

れます。Cube は Atlas と同様、マウス操作

ラフィック（以下、ダークネットトラフィック）

による視点の変更や拡大・縮小、パケットのを世界地図上でリアルタイムにアニメーショ

詳細情報などを表示でき、送信元ホストからン表示する可視化エンジンです。ダークネッの攻撃の様子をリアルタイムに把握すること

トに到着したパケットの 1 つ 1 つについて、が可能です。

送信元 IP アドレスから送信元の緯度・経度を割り出し＊6、その送信地点から宛先 IP アド
レスが属する国の首都に向けてパケットが飛来する様子をアニメーション表示することで、世界的なマルウェアの活動傾向を直感的に把握することができます。各パケットの色はパケットの種別＊7 を表し、パケットの軌道の

図2

高さはポート番号の大きさに比例
（対数軸）
し

図3

Cube

Atlas

図4

Tiles

＊5 2012 年 3 月末現在で約 19 万の IPv4 アドレス。
＊6 IP アドレスと緯度・経 度のマッピングは MaxMind 社の GeoIP City
Database を利用

072

＊7 青
 : TCP SYN、黄 : TCP SYN-ACK、緑 : TCP ACK、桃色 : TCP FIN、紫 :TCP RST、橙 : TCP PUSH、水色 : TCP OTHER、赤 : UDP、白 : ICMP
（後述の Cube、Tiles における色も同様）

析に対抗するため、自己の周囲のネットワーク環境

送信元ホストごとにスライスし、各ホストの検知すると実行停止や自己消去を行なうなどの解短期間（30 秒間）の挙動を分析・可視化する

析回避機能を持っています。そのため、nicter の動エンジンです。図 4 の小さなタイルの 1 つ 1的解析エンジンは、サンドボックス内に DNS サー

つが送信元ホストごとの挙動を表しており、

バや Web サーバなど多数のダミーサーバからな

最新の分析結果に随時更新されていきます。

るインターネットエミュレータを配置することで、マ

タイルの裏側は送信元ホストが属する国の国

ルウェアの解析回避機能を無効化しています。ま旗が示されています。1 つのタイルは、パケッ

た、マルウェアが解析回避のために行う仮想マシン

トの時刻、送信元 / 宛先ポート番号、宛先検出に対抗するため、マルウェアを実行する犠牲ホ

IP アドレスを用いて可視化および分類されまストは OS 自動復元機構を持った実マシンによっす。この分類の履歴を蓄積することによって、て構成されています。

ターンであるのか、あるいは新規のスキャン

果、犠牲ホストからは API ログが、インターネット

パターンであるのかをリアルタイムに判定す

エミュレータからはサーバログが出力され、それることが可能となります。

らのログからマルウェアの挙動が抽出できます。

マクロ解析システムでは前述の可視化・分析エ

加えて、犠牲ホストとインターネットエミュレー

ンジンに加えて、図 1 上部に示すような各種分析

タの間で観測されるパケットデータに含まれるス

エンジンの研究開発を行っています。

キャンが、後述する相関分析の鍵となります。
動的解析エンジンは 1 検体あたり 6 ～ 9 分の● ミクロ解析システム

高速な解析を実現し、さらに解析の並列化により1 日あたり最大 7,000 検体の解析が可能となってユニバーサルコミュニケーション基盤技術

囮サーバやWebサイトの巡回を行うWebクロー

Ⅱ

ミクロ解析システムは、ハニーポットと呼ばれる

おとり

Ⅰ−４


このようなサンドボックス内での動的解析の結Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

ある送信元ホストの挙動が既知のスキャンパ

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術を調査して、自己がサンドボックス内にいることをワイヤレスネットワーク技術

 Tiles（図 4）はダークネットトラフィックを

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

（3）
Tiles

います＊9。

ラなどでマルウェアの検体を捕獲し、その検体を自動解析するシステ
ムです。以下、ミクロ解析システムに含まれる動的解析エンジン
（図5）

Ⅲ 未来

について概説します。
リアル空間においてウィルスをシャーレで培養して観察するように、

基盤技術

I
C
T

動的解析はマルウェアをサンドボック
スと呼ばれる箱庭環境で実行し、そⅣ 電磁波センシング基盤技術の際にマルウェアが使用した API＊8
やネットワークアクセスなどの挙動を解析する手法です。ところが、近年の高度化されたマルウェアは動的解

図5

マルウェア動的解析エンジン＊8 A
 pplication Program Interface.
＊9 2012 年 3 月末現在。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

073

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

インシデント分析センタ ー／中尾 康二・井上 大介

n
i
c
t
e
r

図6

相関分析結果の可視化

ミクロ解析システムでは、前述の動的解析エン

図 6 は可視化エンジン Atlas 上で相関分析結ジンに加えて、図 1下部に示すような各種解析エン果を可視化したものです。各パケットオブジェク

ジンの研究開発を行っています。

トの上方に、相関分析の結果、第一候補として挙げられたマルウェア名を表示しています。また、● 相関分析システム

パケットの詳細情報の中にもマルウェア名（図 6

相関分析システムは、マクロ解析システムにおの 例では w32.downadup.b）を表 示していまいて観測されたマルウェアからのスキャンを各種す。さらに、相関分析の結果を累計することで、の特徴によってプロファイリングし、ミクロ解

マルウェアの世界的な活動傾向を把握すること析システムにおいてマルウェアから抽出されたスが可能となります。図 6 の左下のボックスは、相キャンのプロファイルとの照合を行い、類似した

関分析結果（マルウェア名ごとのユニークホスト

プロファイルを持つマルウェアの候補を探し出し数）の累計を表しており、2011 年時点で 70%をます。つまり、
マクロ解析システムで捉えた「現象」

超えるホストが w32.downadup.b（あるいはそ（サイバー攻撃）と、ミクロ解析システムで蓄積しれと同様のスキャンエンジンを持つマルウェア）

た「原因」（マルウェア）とを結びつける答え合わせに感染しているものと自動推定しています。

＊10のシステムです。マクロ解析結果とミクロ解析結
果はマルウェア情報プール（MNOP: Malware
kNOwledge Pool）に蓄積されるとともに、相インシデントハンドリングシステムは、マクロ

関分析エンジンによってリアルタイムに照合が行

解析、ミクロ解析、相関分析の各サブシステムかわれます。

らの出力を集約・蓄積し、インシデント発生時の＊10 パ
 ケットのプロトコル、TCP フラグ、送信元ポート番号およびその変化、宛先ポートのセット、宛先 IP アドレスの遷移（シーケンシャル / ランダム）、
単位時間あたりのパケット数、ペイロード長など。

074● インシデントハンドリングシステム

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

データ管理や、その再現を可能にしま す。また、DAEDALUS ＊11 はnicter の大規模ダークネット観測網を応用したアラートシステムです。以下、DAEDALUS について概ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

説します。
従 来 のダークネット観 測は組織外からダークネットに飛来するパケットを観 測 する、つまり“外から内”へ の 異 常 な通 信 を収 集

図7

DAEDALUSの可視化エンジン

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術するという考え 方 でした。一方、
DAEDALUS は組織内から送出されたパケットを分散配置されたダークネットで観まとめと今後の課題

測する、つまり“内から外”（または内から内）へのしたダークネットの活用法に基づいています。換

見、原因究明、対策導出を目的としたインシデン

言すると、DAEDALUS は組織内で起こったマル

ト分析センター nicter について概説しました。

ウェア感染などをダークネットによって検知し、nicter の研究開発によって、ネットワーク経由で該当する組織にアラートを自動送信することで、感染を広げるリモート感染型マルウェアの大局

ダークネット観測をサーバやホストが存在するラ的な活動傾向の把握と迅速な原因究明が可能と

イブネットの保護に活かすシステムです。

なり、その分析結果の一部は nicterWeb＊12 と中央の球体がインターネット、その周りを周回しnicter の大規模ダークネット観測網を応用したている各リングが、nicter のセンサを設置してアラートシステム DAEDALUS の外部展開など、いる各組織のネットワークを表しています。球

研究成果の社会還元を推進しています。
ネットにおける脅威は日々進化しており、Web をリングの水色の部分がライブネット、濃紺の部媒体とした攻撃手法（ドライブ・バイ・ダウンロー分がダークネットであり、リングの外周の
「警」の

ド攻撃）
や、SNS を媒介したマルウェア、特定の組

マークは組織内でアラートの原因となった送信織を狙った標的型攻撃など、これまでの nicter

元ホストを指し示しています。この可視化エンジの仕組みでは捉えられない新たな脅威が生まれてン上でのアラート表示と同時に、該当組織にはきています。今後も、このような新たな脅威に対メールベースのアラートが自動送信され、実際抗可能な実践的研究開発を推進するとともに、攻のセキュリティオペレーションのトリガとして活撃者側が圧倒的に有利な現在の状況を一変させ用されています。

得る根源的なセキュリティ技術の研究開発を、産I
CT

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

トはダークネットトラフィックを表しています。

基盤技術

一方、本稿の冒頭でも述べたように、インターⅢ 未来

体とリングの間を飛び交う流星状のオブジェク

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術いうサイトから一般公開を行っています。また、

Ⅱ

図 7 は DAEDALUS の可視化エンジンです。

Ⅰ−４

本稿では、セキュリティインシデントの早期発

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

異常な通信を網にかけるという、従来とは逆転

学官の連携の下に取り組んでいきます。
＊11 D
 irect Alert Environment for Darknet And Livenet Unified Security.
＊12 h ttp://www.nicter.jp/௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

075

Ⅰ
ネットワークリアルタイ ム 可 視 化 シ ス テ ム

３. ネットワークセキュリティ技術

ネットワークリアルタイム
可視化システムNIRVANA－トラフィックの「今この瞬間」を描き出すネットワーク管理支援ツール－／井上 大介・衛藤 将史

N
I
R
V
A
N
A

ネットワーク基盤技術「複雑化するネットワークを見える化し、ネットワーク管理を『苦しみのない世界』に。NIRVANA は nicter からスピンオフした強力なネットワーク
管理支援ツールです。」

井上 大介（いのうえ だいすけ）

衛藤 将史（えとう まさし）

2003 年横浜国立大学大学院工学研究科博士課程後期修了後、独立行政法人通信総合研究所（現 NICT）に入所。2006 年よりnicter の研究開発に従事。現在ネットワークセキュリティ研究所
サイバーセキュリティ研究室 室長と、ネットワーク研究本部 ネッ
トワークシステム総合研究室 研究マネージャーを兼務。博士（工学）。サッカーアルゼンチン代表と S.S. ラツィオがエネルギー源。

2005 年、NICT 入所。以来、nicter プロジェ
クトや IPv6 セキュリティなど、情報通信セキュ
リティ技術の研究開発に従事。nicter プロジェ
クトでは主に次世代型サイバー攻撃観測プラッ
トフォームの研究に取り組む。博士（工学）。

ネットワークセキュリティ研究所
サイバーセキュリティ研究室 室長

076

ネットワークセキュリティ研究所
サイバーセキュリティ研究室 主任研究員

アドレス
（以下、
ダークネット）の大規模観測を行っ

Ⅰ−１
光ネットワーク技術はじめにています。ダークネットにはマルウェアが次の感染対象を探すためのスキャンなど、不正なトラらされ、地 球 上のどこかに蓄 積された膨大な

フィック（以下、ダークネットトラフィック）が大量

データにハンドヘルドデバイスやタブレットコに届きます。nicter では、ダークネットトラフィッ

ンピュータからアクセスし、海外にいる同僚とクを自動分析すると同時にリアルタイムに可視化

リアルタイムにビデオ会議をする…。私たち 21

し、迅速なセキュリティオペレーションを実現す

世紀初頭の人類を取り巻く通信環境は、スターるための研究開発を行っています。
この nicter のダークネットトラフィック向けに氏の豊かな空想をも上回るスピードで進化を続開発した可視化技術を、ライブネットトラフィッ

けているようです（もちろん亜空間通信はまだク（ユーザ 端末やサーバ等が接続された実ネッ

実現していませんが）。しかしながら、その通信トワークを流れる通信）に応用し、強力なネット

環境を支えるネットワークの管理は、エンター

ワーク管理支援ツールとしてスピンオフしたシス

プライズ号の艦内のようにコンピュータ任せとテムが NIRVANA なのです。

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

トレックの生みの親、ジーン・ロッデンベリー

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

ネットワークが生活空間の隅々にまで張り巡はいかず、現代のネットワーク管理者達を悩ま
NIRVANA のシステム構成

せ続けています。

とともに複雑化するネットワーク管理の負荷をフィックを収集するセンサシステム、収集したト軽減するために、ネットワークリアルタイム可視

ラフィックを集約するゲートシステム、集約されの開発を行っています。

たトラフィックを視覚化する可視化システムといNIRVANA は、ネットワークを流れるトラフィッ

う 3 つのサブシステムからなります（図 1）。これ

クをリアルタイムに可視化することで、ネットワー

は、nicter のダークネット観測システムから継承

クの疎通確認や障害検知、輻輳の把握や設定ミしたシステム構成です。

化システム NIRVANAのネットワーク管理の効率を劇的に向上させる

らポートミラーリングやネットワークタップによっ

支援ツールです。そして、その可視化の仕組みは、て複製・分岐されたライブネットトラフィックを同研究室で研究開発を進めているインシデント

入力します。また、sFlow＊2 によってサンプリン

分析センター nicter で培ってきた技術群を応用グされた情報を入力することもでき、組織のネッしたものです。

トワーク環境に応じた柔軟な観測方法を選択可

I
C
T

基盤技術

センサシステムには、観測対象ネットワークかⅢ 未来

スの検出などを迅速に行うことを可能にし、組織

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

NIRVANA は、観測対象ネットワークからトラⅡ

バーセキュリティ研究室では、通信環境の進化＊1

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

そこで、ネットワークセキュリティ研究所サイ

能です。センサシステムは観測対象ネットワーク
ダークネットからライブネットへに複数設置できるため、例えば、組織のネット

インシデント分析センター nicter は、サイバーも対応できます。

攻撃の発生を早急に把握するために、インターゲートシステムは、
センサシステムにおいてパケッ

ネット上に複数のセンサを設置し、未使用の IP

トサマリデータ＊3 に変換されたライブネットトラ＊1 nicter real-network visual analyzer＊2 高 速・大容量化したネットワーク管理の効率化を可能にする、ネットワー＊3 パ
 ケットをネットワーク層とトランスポート層のヘッダ情報と、アプリケー

クスイッチ等における情報収集技術のインターネット標準（RFC 3176）。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

ワークが日本各地に分散しているような場合にション層のハッシュ値に圧縮したデータ。ライブネットトラフィックに比べ、大幅なデータ量の削減が可能。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

077

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

ネットワークリアルタイ ム 可 視 化 シ ス テ ム
N
I
R
V
A
N
A

N
 IRVANA によるライブネットの可視化
NIRVANA の 可 視 化 シス テム
は、
リアルタイム性、
インタラクティブ性、カスタマイズ性を重視して設計・開発されています。リアル
タイムに可視化されたライブネッ
トトラフィックは、ネットワーク
管理者の操作によってインタラク／井上 大介・衛藤 将史

図1

ティブに拡大縮小や視点切替え、

NIRVANAのシステム構成

一時停止、詳細情報の表示などが行えます。また、3D オブジェクトの形状や色、軌道の高度、スピードなど多岐に渡るパラメータをカ
スタマイズ可能です。さらに、フィルタリング機能も充実しており、
送信元 / 宛先 IP アドレスやプロト
コル、ポート番号、センサシステムの ID などによってトラフィックの

図2 NIRVANAによるライブネットトラフィックの可視化（パケットモード）＊4

フィルタリングが可能です。
NIRVANA にはパケットモードとフィックを集約し、可視化システムに向けてマルチ

フローモードという2つのモードがあります。
パケッ

キャストします。組織のネットワーク規模に応じて、トモードは、ライブネットトラフィックをパケット単ゲートシステムを複数設置することも可能です。

位で可視化するモードであり、ネットワークの疎通

可視化システムは、ゲートシステムからマルチ

確認や、経路の障害検知などに威力を発揮します。

キャストされたパケットサマリデータを受信し、リ

図 2 は、Interop Tokyo ＊6 2011 の展示会場ネッ

アルタイムに 3D アニメーション表示します。可視に NIRVANA を導入し、パトワーク「ShowNet ＊7 」

化に必要な情報はマルチキャストされていますの

ケットモードでトラフィックを可視化したものです。

で、ネットワーク管理者が複数いるような場合で各パケット（ロケット）の色はパケットの種別＊ 8 を表も、可視化システムのハードウェアを追加してマル

し、パケットの軌道の高さはポート番号の大きさにチキャストを受信すれば、多地点でのモニタリング

比例
（対数軸）
しています。また、図右上の赤色のウが可能になります。可視化システムは単体動作さインドウには、選択されたパケットの詳細情報が表せることも可能であり、ローカルに保存した PCAP

示されています。パケットはルータをホップするよ

ファイルを再生して可視化することができます。

うに流れていきますが、これには OSPF＊9 によって＊4 C
 opyright (c) Interop Tokyo 2011 NOC Team Member and＊6 例
 年、数百の出展社が最新のネットワーク機器やソリューションを展示し、

＊5

＊5

078

NANO OPT Media, Inc. All rights reserved.
ネットワーク上を流れるパケット情報を保存するためのファイル形式。
多くのネットワーク管理ツール（tcpdump、Wireshark 等）
で利用されています。

＊7

同時に多数の講演やコンファレンス等が開催される、ネットワーク分野における世界最大規模のイベント。
国内外のネットワークベンダが世界最先端のネットワーク機器を結集して構築する、Interop の心臓部とも言える展示会場全体のネットワーク。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

定期的に取得したルーティングテー
ブルを利用しており、パケットの送信元 / 宛先 IP アドレスの組からその経路を決定しています。
そのため、観測中に経路の変更が起こった場

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

合でも動的に追従可能です。
一方、フローモードはトラフィッ
クの流量を直感的に把握するためのモードです。フローモードではネットワーク機器間のトラフィッ

図3 NIRVANAによるライブネットトラフィックの可視化（フローモード）＊10

ク量を表現するためにリボン状のネットワークセキュリティ技術

曲線を用い、その高さや太さ、色によって相対

Ⅰ−３

まとめ

的な流 量を表しています。図 3 は「ShowNet」の基幹ルータ間のホップが赤いリボンで表現さグの普及などにより、ますます複雑化するネットれており、この機器間を流れるトラフィック量がワーク管理が「苦しみのない世界」となることをネットワーク中で最大であることが把握できま

目指し、インシデント分析センター nicter の研す。また、各機器の上に表示されている青と赤の究成果からスピンオフした NIRVANA の社会展

バーは、それぞれ送・受信パケット数（設定によっ開と、さらなる高度化を進めていきます。

てはデータ量）を表しています。フローモードを用いることで、ネットワークのボトルネックを迅

Ⅰ−４

仮想化技術の発達やクラウドコンピューティン

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

をフローモードで可視化したものです。図中央

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

速に把握することが可能になり、前述のパケットモードとの併用で、ネットワーク管理の負荷を劇的に軽減できます。
NIRVANA の中で描かれるネットワーク図は、汎用の作画ツール Microsoft Visio＊11 によって作成できます。NIRVANA はネットワーク図中Ⅲ 未来の各オブジェクト
（ネットワーク機器）に設定された IP アドレスを読み込んで、図中の座標に IP ア
ドレスを自動設定することができます。そのた

基盤技術

I
C
T

め、ネットワークの構成変更が頻繁に起こるような組織でも、容易に NIRVANA のネットワーク

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図をアップデートすることができます。また、ネットワーク管理者のアイデア次第で、様々なネット
ワーク図を用いることができます。
＊8 図 2 の例では、青：TCP SYN、黄：TCP SYN-ACK、緑：TCP ACK、桃＊9

色：TCP FIN、紫：TCP RST、橙：TCP PUSH、水色：TCP OTHER、赤：UDP、白：ICMP。
O pen Shortest Path First。ダイクストラ法によって最短経路のルーティ
ングテーブルを作成するルーティングプロトコル。

＊10 C
 opyright (c) Interop Tokyo 2011 NOC Team Member and
NANO OPT Media, Inc. All rights reserved.

＊11 Microsoft 及び Visio は、米国 Microsoft Corporation の米国及びその他の国における登録商標又は商標です。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

079

Ⅰ
セキュリティ情報交換と 標 準 化 （）／高橋 健志C
Y
BE
X

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

セキュリティ情報交換と標準化（CYBEX）－地球規模でのサイバーセキュリティ構築に向けて－

高橋 健志（たかはし たけし）

ネットワークセキュリティ研究所
セキュリティアーキテクチャ研究室 研究員

早 稲 田 大 学 理 工 学 研 究 科 修了、2002 年 Tampere
University of Technology にて研究員、2004 年同
大学国際情報通信研究科にて研究員、2006 年（株）
ローランド・ベルガー社にてコンサルタントを経て、2009 年より現職。情報通信プロトコル、
サイバーセキュリティ、およびマルチメディア符号化に関する研究に従事。好きなことは新たな経験。経験の積み重ねこそが人生と信じ、現在はサイクリング、テニス、クッキング、そして中国語の学習に注力。博士（国際情報通信学）。

「組織・国境を越えた情報交換を促進することにより、
サイバーセキュリティを向上させたい。その土台となる情報交換フレームワークについて、研究・標準化活動を展開しています。
」

080

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

研究活動の背景

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図1 脅威に劣後する対策に、情報交換のフォーマットやフレームワークが各国・各組織で統一されていないことが挙げらより、近年、サイバー社会が急速に発展してきリティ対策を実施するためには、サイバーセキュました。しかしながら、サイバー社会におけるセリティ情報の交換フォーマットやフレームワーク

キュリティ、すなわちサイバーセキュリティに関がグローバルに共有される必要があります。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術れます。各国・各組織が協力してサイバーセキュⅡ

インターネットが世界規模で普及したことにしては、未だ発展途上の段階にあります。サイバー社会には国境はなく、脅威は国境を越えて

国際標準 CYBEX（X.1500）の構築

襲ってきますが、その対策は各国・各組織が個
我々は 現 在、国 際 標 準 化 組 織 ITU-T においてだけで、互いに連携して世界中のコンピュータ

CYBEX（Cybersecurity Information Exchangeに対し攻撃が可能ですが、その対策は各国・各Techniques）という、組織間でのサイバーセキュリ

組織で独立して実施されています。各組織が連ティ情報を交換するのに必要な技術群・フレーム

携するには、組織の壁を越えた情報交換が効率

ワークを定義しています。尚、CYBEX は組織間で的に行われる必要がありますが、現時点では、の情報交換に特化しているため、その情報の取得・必要に応じてメール、電話、対面での打ち合わ活用については CYBEX の範囲外です（図 2）。

せなど、時間と人手を要して実施しているのが現状です。
このような状況が生じている主な要因の 1 つICTⅣ 電磁波センシング基盤技術

ち、悪意のあるユーザーはリターンキーを押す

基盤技術

前述の情報共有フレームワークを構築すべく、

Ⅲ 未来別に対応しているのが現状です（図 1）。すなわ

CYBEX では、この「サイバーセキュリティ
情報の交換・共有」を実現するために、情報の表現手法、発見・交換手法、信頼性構築手法、௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

081

Ⅰ
セキュリティ情報交換と 標 準 化 （）／高橋 健志C
Y
BE
X

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

伝送手法のそれぞれを規定しています。特に、サイバーセキュリティ情報のオントロジを構築

この情報の表現手法、発見・交換手法においてしました（図 3）。オントロジとは、世界を概 念は、後述する我々のオントロジの研究が大きくレベルでモデリングしたものを指しますが、こ活かされています。CYBEX 自体は、ITU-T 勧告

こでは、サイバーセキュリティオペレーション

X.1500 と し て 勧 告 化 さ れ ま し た が、CYBEXのあるべき姿 をモデル 化したものを指し、サを実現する具体的な技術については、今後も更イバーセキュリティオペレ ーションの 業 務 領なる発展が求められ、私も研究成果を積極的に域、そのそれぞ れの領域の業務を実 施するプ

ITU-T や IETF という国際標準化機関での活動

レイヤー、および 彼らが 扱う情 報群という、3に活かしています。

種 類 の 情 報を構 造 化して定 義しています。すな わち、「 どのオペレーション を」「 誰 が」「 どの

情報交換の基礎となるオントロジ

情報を利用して」実施するかをモデル化しています。本オントロジ構築に当たっては、日本だ

CYBEX に貢献する活動の 1 つとして、我々は

082

図2

CYBEXの範囲

図3

サイバーセキュリティオントロジ

けでなく、米国、韓 国のサイバーセキュリティ

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

オペレーションの現状を鑑みており、サイバー
セキュリティ先 進 国の知 見が大いに活かされています。
本オントロジにより、サイバーセキュリティオペ
レーションの中でどのようなプレイヤーがどのよ

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

うな情報を必要とし、どのような情報交換がなされるべきかというものを体系立てて議論していくことが可能となり、CYBEX で交換されるべき情報を網羅的に議論するための土台となっています。これまでも様々な業界標準の動きはあったものの、部分最適な規格になる傾向がありま

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

した。CYBEX では、本オントロジに基づいて検討を進めることにより、サイバーセキュリティオ
ペレーションを広く俯瞰しての規格制定を構築することを目指しています。

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

地 球 規模でのサイバーセキュリティ向上を目指して
このように、私はサイバーセキュリティ情報を「知」として共有するための手法・フレームワーク

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術を研究しております。ここにご紹介したもの以外にも、これらの世界中に存在するサイバーセキュ
リティ情報を、効果的に発見するための手法などの研究および開発も手掛けています。本オン
トロジに限らず、研究の成果を世の中に活きる形に昇華すべく、成果の国際標準化活動への展

Ⅲ 未来開、およびデモツールの構築・公開にも積極的に貢献しています。詳しくは、
我々のホームページ（http://cybex.nict.go.jp/）
をご参照ください。

基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

083

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

暗号技術の新展開／野島 良

暗 号 技 術 の 新展 開

野島 良（のじま りょう）ネットワークセキュリティ研究所
セキュリティ基盤研究室 主任研究員

大学時代に暗号技術を試みましたが、全く歯が立ちませんでした。その延長線上に今の自分がいますが、今は暗号解読ではなく、暗号技術を設計する立場になりました。博
士
（工学）
。

「盗 聴者への情報漏えいを防ぐことを主目的として発展してきた暗 号技術に対する新たな展開先、プライ
バシー確保型 IP トレースバックを紹介します。」

084

スバック技術の一種です。ただし、正当なユーザ

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

暗号技術の広がりのプライバシーを確保しながら、不正ユーザを追暗号技術は、2 者間の通信において盗聴者に跡することが可能になります。

目的として発展してきました。しかし、近年のイ

レースバックに関する問題は、次のように単純化

ンターネットの発展に伴い、その応用範囲は急することができます。2 人のユーザ（花子と太郎）激に拡大しています。その中でも、我々が所属すを考えます。
太郎はIPアドレスの集合A= { a1, …,

るネットワークセキュリティ研究所においては、an } を、花子は IP アドレス a を保持しているとし

内積暗号、秘匿計算プロトコルと呼ばれる汎用性ます。花子の目的は、A の中に a が含まれているの高い暗号技術の研究 • 開発に力を注いできまかどうか調べる事です。この問題は、花子が a をした。ここでは、秘匿計算プロトコルの一種である太郎に送り、太郎が A の中に a が含まれている「オブリビアス秘密鍵暗号プロトコル」とその応用かどうかを調べる事により解決可能になります。

技術「プライバシー確保型 IPトレースバック」につ

実際に IP トレースバックでは、同じようなことがいて紹介したいと考えています。

行われます。
一方、
プライバシー確保型の IPトレーです。もう少し具体的に述べると、IPトレースバッ

さずに、そして花子が a を漏らさずに、a が A にクにおいては、各ルータが通過するパケットを保含まれているか調べることが必要になります。こ存しておきます。そして、実際に攻撃が行われたの一見解決不可能な問題を、我々は、オブリビア

際には、攻撃を行ったパケットが保存されている

ス秘密鍵暗号プロトコルを開発・応用することにルータを探索することにより、結果的に攻撃をより解決しました。ここでは、このオブリビアス

行ったコンピュータを見つけ出すことが可能と

秘密鍵暗号プロトコルの概要とその応用についなります。

てご紹介します。

Ⅰ−４

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

この技術を実現するためには、太郎が A を漏らⅡ

ネット上で不正を働いたユーザを追跡する技術

スバックにおいては、問題が若干難しくなります。

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

そもそも IP トレースバック技術とは、インターⅠ−２

ネットワークセキュリティ技術

IP トレースバックとプライバシー確保型 IP ト

ワイヤレスネットワーク技術

メッセージの内容が漏れないようにすることを主

この IP トレースバック技術は非常に有用な技術ですが、探索する際に不正ユーザだけではな秘密鍵暗号

く、正当なユーザのプライバシーをも暴露してし
秘 密 鍵 暗 号においては、秘 密 鍵 SK を 使い

シー確保型 IP トレースバック技術は、IP トレー

メッセージ M を暗 号 化することが で きます。

Ⅲ 未来

まう可能性があります。我々が提案したプライバ

基盤技術

I
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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

秘密鍵暗号の説明௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

085

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

暗号技術の新展開／野島 良

この暗 号 化されたメッセージ を Enc（ SK, M）

す。太郎と花子は相手の入力について「気付かなと表します。ここで秘密鍵 SK を保有する人だい」ため、プロトコル名にオブリビアスという用け が、Enc（ SK, M）から M を 取り出すことが語が使われています。

可能 になります。逆に、SK を 保 有していない
人は M に関する情報を一切得る事ができませIP トレースバックへの応用ん（図 1）。秘 密 鍵 暗号として代 表的なものに、
DES（ Data Encryption Standard）と AES

プライバシー確保型 IP トレースバック技術に（Advanced Encryption Standard）が あり

おいて、太郎と花子は、お互いの情報を隠しながます。

ら、a が A = { a1, …, an } に含まれているかどうかを検証する必要がありました。この問題は、

オブリビアス秘密鍵暗号

OEP を使うと簡単に解決できます。
（1）太 郎は、秘密鍵暗号の秘密鍵 SK を選び、オブリビ アス秘 密 鍵 暗 号プ ロトコル
（以 降、OEP）は、2 者（太郎、花子）間の暗号プロトコル
です。

送ります。
（2）花
 子は、
OEPを使い Enc（SK, a）を得ます。

太 郎は秘 密 鍵 暗 号 の 秘 密 鍵 SK を、花子は（SK, an ）そ して、Enc（SK, a1）、 …、Enc

メッセージ M を保有します。このプロトコルは、の中に、Enc（SK, a）と同じになるものがお互いの情報 SK と M を秘密にしたまま暗号文あった場合、a が A に含まれていると判定

C = Enc（SK, M）
を計算することを可能にします。

します。OEP を使うことにより、お互いにここで、もちろん C を得られるのは花子であり、SK と a が漏れないため、花子の秘密情報

太郎は C に関する情報を一切得る事ができまである a が太郎に漏れる事はありません。

せん（図 2）。

さらに、SK が 花子に漏れないので、n 個

ここで「オブリビアス」という単語に関してですが、直訳すると「気付かない」という意味がありま

図2

086

（SK, an ）を花子に
Enc（SK, a1）、…、Enc

オブリビアス秘密鍵暗号プロトコルの説明の暗号文から太郎の秘密情報 A が漏れることもありません（図 3）。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４
図3

プライバシー確保型IPトレースバックの説明今後の研究についてⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ここまでオブリビアス秘密鍵暗号プロトコル、及びプライバシー確保型 IP トレースバック技術
を簡単に紹介してきました。その具体的構造まで説明することはできませんでしたが、既にオブリビアス秘密鍵暗号プロトコルは、実装 • 実験が無事に終了しています。今後は、IPトレースバッ

Ⅲ 未来

ク技術、オブリビアス秘密鍵暗号の更なる発展 •普及に努めたいと考えています。

基盤技術

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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

087

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

プライバシ保護技術／大 久 保 美 也 子

プライバシ保護技術

大久保 美也子（おおくぼ みやこ）

ネットワークセキュリティ研究所
セキュリティアーキテクチャ研究室 主任研究員

のどかな景色の水のきれいな田舎で育ち、子どもの頃は暗くなるまで野山を駆けて遊んでいました。スポーツの経験は、陸上競技（短距離走や幅跳び）、バレー
ボール、剣道を少々…。基本的にスポーツ全般好きです。近視 & 乱視で中学の頃眼鏡をかけ始め、現在では体の一部です。暗号の研究は社会人になってから本格的に始めたのでやや遅めのスタートでしたが、生涯現役！を目指しています。

「複 雑に入り組んだサービス間の中にあっても個々の要求に応じ、プラ
イバシーを守れる仕組み作りが今後
ますます重要となります。本稿では、ネットワーク上でフレキシブルに
プライバシ保護を実現する技術について紹介します。」

088

要求が出てきます。例えば、電子オークション

Ⅰ−１
光ネットワーク技術はじめになどでは、応札の手続きを匿名で進めたいなどの要求が出てきます。また、電子投票などでは、けている昨今、これまで対面もしくは書面でし有権者が投票を行う際に誰であるかが特定さか扱えなかった契約・取引・売買などの手続きれてはいけない、立候補者の誰に投票したのかもインターネットを介して行えるようになってきが識別されてはいけない、などの要求が出てきました。このように利便性の向上に伴い、ネットます。
一見すると不正を防止し安全性を保つためのう、意識して防御しなければならないことも増要求条件とプライバシを保護するための要求条

えてきています。また、近年では、インターネッ

件が相反する要求事項に見えますが、暗号技術

トを活用することにより様々な情報が入手可能を活用することによりそれらの要求事項を両立となり、簡単にほしい情報を集めたり調べたりさせることができるようになります。

することができるようになりました。その一方保護したいプライバシ情報は、ユーザごとに、で、自分で気がつかないうちにプライバシに関また利用シーンごとに異なります。さらに大 規

わる情報を侵害されうる可能性も高くなってい模ネットワークへ多数の端末が接続するこれかます。

らのネットワーク上では、考慮すべき状況が 複

はネットワークを本来の効率性や利便性を損ねても用いる端末やデバイスが異なる場合や異ることなく、安全性とプライバシ保護機能とをフなるサービス間でユーザ情 報の交 換などが行

レキシブルに提供できる大規模認証基盤の実現

われる場合など、起こりうる複合的な事象を全を目指して研究を進めています。

て踏まえた上で、守られるべきセキュリティレ

Ⅰ−４

雑化・多様 化します。同一ユーザ であったとし

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

このような状況を踏まえ、私たちの研究室で

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

ワーク上で不正なくこれらの手続きが行えるよⅠ−２
ワイヤレスネットワーク技術

ネットワークの用途が日々変化し拡大をし続Ⅱ

ネットワークの利用用途の変化ととが望まれます。例えば、複数のサービス間で求められる機能

同一ユーザ であることが 識 別される必要があ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ベルを保ちつつ個々のプライバシを保護するこる場合、同一ユーザであることを識別されるこうに するためには 様 々 な 要 求 条 件 が 満 たさてきます。また、複数の異なるデバイスを用いれなければ なりません。例えば、契 約の場 合ていても、同一ユーザであることが識別される

で は、ネットワーク上で 通 信している 相 手 がことによりプライバシ侵害などの可能性も出て本 当 に 契 約 相 手 本 人 か？電 子 デ ー タで 送らきます。
ある用途や目的に特化し、保護すべきプライ

んさ れて い な い か？本 人の 意 思 確 認 が 出 来

バシ情報を確定するようなシステム設計であれているか（ 本人印 のようなものが 確 認 で きる

ば、従来からある暗号技術などを複数用いるこか）？な ど を チェックで きる 仕 組 みが必 要 にとにより、ある程度構成することができます。しなります。

かし、目的が多様化し、また保護すべきプライバ

一方で、個人的な内容を含む契約・取引・売シ情報も画一的でなくなってきている昨今、そ買などの場合には、必要以上には個人個人のプ

れらの方向性の異なる要求事項を 1 つのシステ

ライバシに関わる情報は漏らしたくないというムで実現することは困難もしくは構成すること௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

れてくる 契 約 書 の 内 容 は通 信 の 途 中 で 改 ざ

I
C
T

基盤技術

とが プライバシの侵害につながる場合等も出

Ⅲ 未来

ネットワーク上で不正行為が 行われないよ

089

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

プライバシ保護技術／大 久 保 美 也 子が出来たとしてもシステムの肥大化を招いてしム上でユーザ・サービス提 供側双 方の安 全 性

まいます。

を保持した上で、個別ユーザごとの、またサービス提供者ごとの異なる要求事項や、ユーザの我々の目指す安全かつ利便性の高い利用目的や提 供サービスごとに異なる必要なセキュリティ技術

機能などをフレキシブルに実現できるプライバ
シ保護機能を備えた認証の提供が可能となり

そ こ で 私 た ち の 研 究 室 で は、プ ラ ット
フォーム上でのユーザ およびサービ ス提 供側

具体的には、図に示すように、目的により異な どの 様 々 な 要 求 条 件 にフレ キシブ ル に 応なるプロトコル（メッセージの内容を匿名にする

えられるプライバシ保護 機 能を備えた認 証 方

ブラインド署名、署名者の ID を匿名にするグ

法 の 提 供 を可能 にする暗 号 技 術を研 究 対 象

ループ署名など ）を構成するために、それぞれとしています。

のプロトコルを個別に構成するのではなく、１

例えば 1 つのプラットフォームで、電子投票

つのディジタル署名を活用することにより、両や申請システムやアンケートなどそれぞれの目方のプロトコルの機能を同一のプラットフォー

的・保護したいものの要求 条 件に沿った機 能

ム上で提 供することが可能となります。また、を提 供可能となる総合情 報基盤を目指してい効率面では従来技術を複数用いた構成に比べ、ます。

システム全体としてのコンパクト化を実現でき、これらの実現により、コスト面では、1 シス
テム数百万から数億円かかる複数システムを 1
システム分のコストで提供することが可能となります。また、機能面では、1つのプラットフォー

図 プライバシ保護のための提案方式の活用イメージ

090

ます。

利便性についても、用途ごとへのフレキシブル
な機能提供が可能となります。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

今後の展望ネットワークの利用用途は限りなく広がっていく可能 性を 秘 めています。私 たちの 研 究 室
ではその可能性を最 大限に伸ばしていけるよ

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２う、セキュリティの技術を防御するためだけの手 段として用 いるので はなく、そ の可能 性を促 進する手段として活かしていきたいと考えています。

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

091

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

過不足のないセキュリティを実現するセキュリティアーキテクチャ／松尾 真一郎

過不足のないセキュリティを実現する
セキュリティアーキテクチャ－ネットワーク利用者の状況に合わせたセキュリティの実現－

松尾 真一郎 （まつお しんいちろう）
ネットワークセキュリティ研究所
セキュリティアーキテクチャ研究室 室長

博士（工学）。大学院修了後、1996年にNTTデータ通信株式会社に入社、情報セキュリティと暗号の応用に関する研究に従事。2009年にNICTに入所、2011年から現職。情報セキュリティの研究は国際標準化が重要であり、ISO/IEC JTC1における暗号技術の標準化作業の日本における主査を務め、国際標準化のために世界を飛び回る日々を送っています。日本発のセキュリティ技術が世界で利用される例を1つでも多く作るのが夢です。

092「ネットワーク上のサービスを利用する
際に、利用者にとって確認しにくい
セキュリティを可視化し、複雑なシステムでも適切なセキュリティ技術を利用可能にします。
」

標準化されている技術を利用して実現されてきⅠ−１
光ネットワーク技術

ネ ットワークの多様化とセキュリティ対策の複雑化ていますが、これらの技術は画一的な環境やセ
キュリティ要求に対応するものでした。しかし、ビスの環境が大きく変化しています。従来は、いネットワーク環境が多様化・複雑化する場合にわゆるクライアント・サーバという形態でサービは、ネットワークにおけるセキュリティ上の脅威スが実現され、情報セキュリティの設計もこの形も複雑化し、脅威への対策を見つけ出すことは態に合わせた形で行われてきました。しかし、クラ非常に困難になります。このような状況では、既

ウドコンピューティングが普及し、セキュリティを存のセキュリティ技術では、必要なセキュリティ

考える際の出発点となる情報資産の保管場所が対策が取られていなかったり、逆に過剰な対策

多様化するとともに、スマートフォン、センサーやで通信速度を犠牲にするケースが多く出現する

RFID タグなど、従来のセキュリティ技術が保護ことになります。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

近年、ネットワークにおける様々な処理やサーの対象としていなかったデバイスが大量にネット

そこで、このような複雑なネットワーク上の脅ワークに接続されるようになっています。NICT が威に対して、過不足のないセキュリティ対策をタ実現を目指している新世代ネットワークにおいても、

イムリーに実現するための仕組みが必要となって

およそ 10 兆個のデバイスがネットワークに接続います。

され、ネットワーク仮想化や ID・ロケータ分離

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

＊1

境を提供することが目標になっています。
従来の情報通信技術（ICT）でのシステムにおけるセキュリティは、ITU-T＊2

や IETF＊3などでICT におけるセキュリティ確保の基本的な考え方は従来から存在しますが、いたってシンプルです。

Ⅰ−４

過不足のないタイムリーなセキュリティ対策

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術などの技術をベースにして、状況に応じた通信環

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1 ICTにおけるセキュリティの分析と対策の分類と課題௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

093

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

３. ネットワークセキュリティ技術

過不足のないセキュリティを実現するセキュリティアーキテクチャ／松尾 真一郎

あるサービスを実現するシステムを設計するとき対応できること、脆弱性や脅威への対策は過不に、守るべき情報資産（クレジットカード番号、個足がない、すなわち十分かつ通信性能を極力犠

人情報、パスワード）などと、その保管場所を洗牲にしていないことが求められます。

い出し、個々の場所に保管された情報への攻撃の成功確率を見積もり、損害の期待値から優先新たなセキュリティアーキテクチャの実現に順位付けを行い、カバーすべき攻撃について、必向けて要な対策技術をシステムに組み込みます。この考え方自体は普遍的なものであり、将来においても現在、我々が研究しているセキュリティアーキ

大きくは変わらないと考えられます。しかし、シテクチャでは、複雑化するネットワークにおいてステムが稼働した後にシステムの脆弱性が新た

過不足のないタイムリーなセキュリティを提供すに発見された場合の対処は、該当するシステムのる「フレキシブルセキュリティ基盤」と、モノに付仕様に精通し、かつネットワークセキュリティのけられるような計算能力の低いデバイスを含む

エキスパートが人海戦術で行っているというのが10 兆個のノードに対応できる認証・プライバシ

実情です。何が適切なパッチなのか、新しいパッ保護技術「セキュリティコンポーネント」の実現のチがセキュリティや性能の問題を引き起こさないための技術の実現を目指しています。

のかなど、セキュリティパッチの管理だけでも膨大で、難しい作業になります（図 1）。

フレキシブルセキュリティ基盤では、過不足のないタイムリーなセキュリティ対策を導出するた新しい時代のネットワークに必要なことは、シ

めの、セキュリティ知識ベース・分析エンジンの実

ステム設計の時点だけではなく、いつまでもシス現を目指しています（図 2）。セキュリティ知識ベー

テムがセキュアであることです。そのために、シスは、ネットワーク機器等に潜む脆弱性、対策技

ステム設計の時に必要な対策を見つけ出すこと、術、ネットワーク形態、ネットワーク機器の性能

システム運用時に発生する脆弱性にタイムリーになどのデータベース（DB）を総称したものです。

RSA
AES

RSA
AES
RSA

Structure
Preserving

SLA

図2

094

セキュリティ知識ベース・分析エンジンの概念図

RSA 2048
AES 128

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

サイバーセキュリティ研究室の nicter の観測結果とも連携します。そして、分析エンジンは、セキュリティ知識ベースと連携し、複数のセキュリ
ティ対策案の中から、安全かつ処理性能が一番高い対策を選び出すことで、過不足のないセキュワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

リティを実現するものです。すでに、第一歩としてモバイル機器の利用者に向けて、その時に使っているサービスの脆弱性をセキュリティ知識ベースから引き出し iPad や Android タブレット上で可視化する Risk Visualizer（図 3）のプロトタ
イプを構築しました。フレキシブルセキュリティ

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

基盤は、ネットワーク仮想化や ID・ロケータ分離といった新世代ネットワークの特長を活かす
ことで、新世代ネットワークにおける次世代のセ
キュリティの基盤となります。
セキュリティコンポーネントにおいては、計算
図3 R
 isk Visualizerシステムにおけるネットワーク利用のリスク表示例

下にあるネットワーク同士でも認証やプライバシ
保護ができる技術を研究しており、匿名性と文書の秘匿性を同時に実現できるプライバシ保護



イバシ保護技術を確立するとともに、異なる管理

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術能力の低いデバイスでも利用可能な認証・プラⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

技術や、RFID タグ向けの認証技術を確立しています。これらの研究も、新世代ネットワークの実証に組み込む予定です。

Ⅲ 未来

用語解説

基盤技術

＊1

I
C
T

ID・ロケータ分離＊2

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

端末の名前と位置を示す識別子を別々に管理し、方式が異なる
ネットワークでも、同じ ID を使用することで、端末の移動や経路上の障害等によりネットワークが切り替わっても継続して通信を可能とする NICT が開発している技術。

ITU-T

国際連合の専門機関の 1 つである国際電気通信連合（ITU）の電気通信標準化部門。

＊3

IETF

インターネット技術の標準化について検討を行う組織。ここで策定された技術仕様は RFC として公表される。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

095

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

Ⅰ−4

新世代ネットワーク
次世代ネットワークのさらに先を見据えて
益子 信郎（ましこ しんろう）
ネットワーク研究本部
副研究本部長

自分で作ることが好きで、野菜作りから家具、庭の造作など家周りで活動しています。学生時代から趣味にしてきた登山も最近は計画倒れの連続で、趣味とは言えない状況ですが、いつか子どもたちと山に行くのが夢です。

「NICT の 新 世 代 ネットワーク研 究
では、未来社会の基礎となるネット
ワークの開発を目指して、NICT 内外の研究者を集結し、産学官の連携のもとに研究を推進しています。
」

はじめにります。また、セキュリティ面では、大量のデー
タや不正パケットを送りつけてサービスを妨害

096

ネットワーク環境の進歩により現代社会は大する DoS 攻撃や迷惑メール問題など、複雑かきく発展を遂げ ており、インターネットは、今

つ巧妙 化する脅威に対して抜本的な対 策が 求や社会基盤として市民生活に欠くことのできなめられています。さらに、ネットワークの構 造

いものとなっています。しかし一方で、インターそのものについても、次々と新しい要求に対処

ネットでやりとりされるデータ量は爆発的に増した結果、機能の重複や互換性の問題が発生

え続けており、2025 年には現在の数十倍からしています。現行のインターネットのシステム

数百倍になると推定されています。そうなると、において、このような状態が続けば、やがてネッICT 機 器の 使 用電 力が増大し、エネルギー消

トワークは行き詰ってしまうでしょう。この状

費の観点からネットワークを自由に使えなくな

況を打破するために、これまでのインターネッ光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３
図1

新世代ネットワーク研究体制

トの 改 良ではなく、白 紙 から新しく作り直 すムを設置し、新世代ネットワークに関する戦略・べく研究開発を進めているのが「新世代ネット

方針を検討しています。

し、実現のために必要となる様々なネットワー

ツレベルまで、先端技術から応用技術までを総ク技術の研究開発に取り組んでいます。様々な合的に推進する必要があります。また、このよう社会問題を情報通信技術の力で解決し、個人な広範囲にわたる研究開発には国を挙げて取りや社会の潜在能力を開花させることにより、豊組む必要があること、大学などの研究機関におかで持続発展可能な社会の実現を目指していける独創的な研究が研究開発の加速には不可欠ます。

であること、産業界における新世代ネットワーク

Ⅰ−４

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

をシームレスにとらえ、物理レベルからコンテン

Ⅱが果たすべき役割は何かというビジョンを作成



新世代ネットワークの研究開発は、有線、無線

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

ワーク」です。未 来社 会で新世代ネットワーク

実現に向けた研究開発にプロジェクトの成果を新世代ネットワーク研究

円滑に継承させる必要があることを考慮し、産学官が緊密に連携する体制の構築が必要です。

まで各レベルでの研究開発から、それらの技術

では、委託研究や共同研究の枠組みを活用し、を統合したシステム開発までに至る総合的な研伝送技術からサービス技術まで大学や民間企業

究開発を、産学官が連携して取り組んだ新世代と連携しつつ複数の研究開発プロジェクトを立ネットワーク戦略プロジェクトを開始しました

ち上げ、新世代ネットワーク実現のため研究開発（図 1）。また、開発された技術を実際のネットを推進しています（図 2）。

I
C
T

基盤技術

このため、新世代ネットワーク戦略プロジェクト

Ⅲ 未来

NICT では、物理層からアプリケーション層

いて検証するテストベッドを用意し、システムのⅣ 電磁波センシング基盤技術

ワークに適用した際に安定して動作するかにつ
新世代ネットワーク技術の展開

実用上の課題を検証しています。さらに、これらの一連の活動を企画、連動させるために、ネット

テストベッド研究開発推進センターでは、新ワーク研究本部を設置するとともに、産学官連

世代 ネットワーク技 術 の 確 立に向 け、様 々な携の場である新世代ネットワーク推進フォーラ

新技 術を実 装する新 世代通 信 網テストベッド௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

097

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術「JGN-X」と、大規模なネットワークエミュレー

2011 年 4 月、NICT の第 3 期中期計画スターションを可能とする「StarBED 」等を活用し、産トに合わせ、テストベッド研究開発推進センター

学官による研究開発と実証をスパイラル的にを設置し、テストベッドを活用した研究開発体進展させ、そのプロトタイプの構築と運用を目制を強化するとともに、機能、性能をバージョン指します。JGN は、先端的なネットワーク技術アップした JGN-X 及び StarBED3 の 運 用を開の研究開発や多様なアプリケーションの実証始しました（図 3）。JGN-X では構築・運用の目実験を推進するための大規模な研究開発用テ

的を新世代ネットワーク技術の確立とその展開

ストベッドネットワークとして、1999 年からのにフォーカスし、日本を縦断する広域ネットワー

JGN、2004 年からの JGN2、2008 年からのクに様々な新技術を実装するテストベッド環境

JGN2plus として継続的に運用され、その都度、を活用することで、ネットワークユーザと効果的最先端の機能、性能を取り込みながら発展してに連携して、無線・光技術の統合管理、ネットワー

きました。また StarBED は、大規模汎用のネックの仮想化、多種多様レイヤの運用管理等の研

トワークシミュレーターとして、2002 年からの究開発を加速していきます。また、「StarBED3」StarBED、2006 年からの StarBED2 として継と一体化することで、エミュレーションから広域続的に運用され、インターネットからユビキタス

ネットワークでの実証に至るまで、ネットワーク

ネットワークへとミッションスコープを拡大しての総合的なテストベッド環境が提供可能になり

きました。

ます。

3

図2

098

新世代ネットワーク戦略プロジェクト

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図3

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワークの研究開発の推進体制



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

テストベッド研究開発推進センターでは、この
JGN-X と StarBED3 を核としたテストベッド環
境を活用し、産学官による新世代ネットワーク技術の研究開発と実証をスパイラル的に進展させ、Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

その成果を本環境にタイムリーにフィードバック
するとともに、ワイヤレス等のテストベッドとの連携を拡大していくことで、新世代ネットワークのプロトタイプを構築していきます。

Ⅲ 未来
基盤技術

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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

099

Ⅰ
新しいネットワークのか た ち

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

新しいネットワークのかたち
ITU-T Y.3001について

-

I
T
U

ネットワーク基盤技術

.

T
Y
3
0
0
1

－新世代ネットワークの国際標準化がスタート－について／西永 望

西永 望（にしなが のぞむ）
「インターネットが動き始めてからもう何十年も経ちました。この勧告には世界の人々の新しいネットワークへの期待が詰まっています。」

ネットワーク研究本部
ネットワークシステム総合研究室 室長

大 学 院 修了後、名古屋 大 学 特 別 研究 員、助 手を経て、1999 年郵政省通信総合研究所（現 NICT）に入所。博士（工学）。現在は大学時代の専門分野とは異なり、新世代
ネットワークのプロモーションを生業として、日々世界を渡り歩いています。

新 世代ネットワークの必要性とその標準化の成り立ち
インターネットは 30 年近く前に今とほぼ同じ構成（アーキテクチャ）になりました。その頃にインターネットを使える人はネットワークの研究者が中心だったといわれています。そのため、インターネットにつながっている人は仲間同士で、ネットワークセキュリティを考慮に入れませんでした。その当時インターネットは、仲間内で、メールやデータをやりとりする小さいネッ
トワークだったのです。しかし今はどうでしょう。日本のインターネットの人口普及率は 78%
を超え、世界では 20 億人近くがインターネッ
トを利用しています。インターネットを使ったア
プリケーションも次々と生まれました。しかし、

100

2. データ指向（Data awareness）
 将来ネットワークは分散環境に置かれた膨

トに替 わる新しいネットワークが必 要になり大なデータを処理するための最適な構成をます。この 新しいネットワークを日本では「新しており、必要なデータがどこにあろうとも、世代ネットワーク」、世界では「将来ネットワー

ユーザーが安全で、簡単に、素早くかつ正確ク（Future Networks）」と 呼 ん で い ま す。

にアクセスできることを目的とします。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術は破綻するでしょう。そこで今のインターネッ

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

このままでいいのでしょうか ? いいえ、いつか

NICT はこのインターネットの問題点にいち早
く気づ き、2006 年 頃 から新 世 代 ネットワー

3. 環境指向（Environmental awareness）
 将来ネットワークでは、環境に配慮し、基世代ネットワーク技 術の基 礎検 討を始めなが本的な構成の設計やその結果としての実装、ら、社 会 的 視 点から、
「 どのような 新 世代 ネッ

稼働時において、材料やエネルギー、温室効

トワークが 将来望まれるか ?」を中心に新世代

果ガスの削減をし、環境への影響を最小限

ネットワークのビジョンや新世代ネットワークに抑えることができますⅠ−３
ネットワークセキュリティ技術

クの 研 究 開 発に着 手しました。NICT では 新の 実現 目標 を 策 定してきており、これを世界初の国際標準化の取組みに対して多数提案し

4. 社会経済的観点

ITU-T Y.3001 が策定されました。

 将来ネットワークは、ネットワークを中心とした経済サイクルに、様々なプレイヤーがITU 勧告＊1

Y.3001＊2の内容

容易に参入できるように様々な社会経済的な課題に取り組みます。また、将来ネットワー

る将来ネットワークに関する世界で最初の標準

フサイクルコストを削減できるような構成と化文書です。Y.3001 では、以下の 4 つの目的をなります。これらによりユニバーサルサービ

持つネットワークを将来ネットワークとして位置スが可能で、すべてのステークホルダ（利害づけています。

関係者）に適切な競争と適切な利益をもたら

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

クは普及が容易で持続的であるために、ライⅡ

Y.3001 は 4 つの目的と 12 の設計目標からな

Ⅰ−４

（Social and economic awareness）

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術てきました。そして新しいネットワークの 形、すものとなります。
1. サービス指向（Service awareness）
これら 4 つの目的を達成するために、より具ユーザーが要求するサービスを適切に提供す

体的に 12 の設計目標を設定しました。以下のることを目的とします。すなわち、ユーザー

通りです。

Ⅲ 未来

 将来ネットワークは、アプリケーションや

基盤技術

I
C
T

が今、使いたいサービス（たとえばメールの1. 様 々なトラフィック特性や振る舞いを持つ

新しく爆発的に増えるサービスについても、

ネットワークサービスを収容できるサービス

管理や展開コストが著しく上昇しないようにの多様性（Service diversity）

対応できるネットワークです。そのためにネッ

2. 新 しいユーザーからの要求によって生まれる

トワークはアプリケーションやユーザーに最新しいサービスをサポートするための機能的適となるように柔軟性を持たなければならな

柔軟性（Functional flexibility）

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

配信、Web ページの閲覧）だけでなく、今後いでしょう。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

101

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

新しいネットワークのか た ち

3. ネ ットワークの利用効率を向上させるための資源

8. 効率的に動作、維持が可能で、かつサービスの仮想化（Virtualization of resources）

や通信の増加をサポートできるネットワーク

4. 大 量のデータを最適かつ効率的に処理できる
データアクセス（Data access）
性
5. エネルギー効率を最大化させると共にユー
ザーの要求を最小のトラフィックで実現で-きるようにするエネルギー消費 量（Energy.

I
TU

consumption）

T
Y
3
0
0
1

6. 地 域にかかわらず、ネットワーク設備の 提について／西永 望

供を促進し、加速できるサービスの普遍化（Service universalization）
7. 持 続的な競争環境を提供する経済的インセン
ティブ（Economic incentives）

管理（Network management）
9. 膨 大な数の通信機器が様々な種類の異なる
ネットワーク間をダイナミックに移動するモ
ビリティ（Mobility）
10. サ ー ビ ス 要 件 と ユー ザ ー の 要 求 に 基 づ
いて、ネットワー ク 機 器 の 性 能 を 最 適 化（Optimization）可能
11. モビリティとデータアクセスをスケーラブルにサポートできる識別（Identification）
12. 困 難 な 状 況においても、耐 障 害 性を持つ
信 頼 性 と セ キュリ ティ（Reliability andsecurity）

図102

4つの目的と12の設計目標

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

将来ネットワークの目的と設計目標との関係を図に示します。設計目標によっては 2 つ以上の目的と関連するものもありますが、この図では主要なものに関係づけて表現されています。

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

将来ネットワークの今後
この Y.3001 は将来ネットワークの目的と設計目標を記述した文書で、将来ネットワークを構築するためには、様々な技術開発が必要となります。日本では NICT が中心となって、産学官で新ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

世代ネットワークを開発する、新世代ネットワー
ク戦略プロジェクトがすでに進行中です。今後は
詳細部分の技術開発を進めると共に、開発した技術が世界中で使われるように国際標準化活動を推進していきます。



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

＊1

Ⅲ 未来

用語解説
ITU 勧告情 報 通 信 分 野におけるデジュール 標 準 規 格。国 内 標 準 はデ
ジュール標準を基礎として用いなければならないほか、政府調達においては、適当な場合にはデジュール標準に準拠した仕様で調達しなければならない等重要な標準規格。

基盤技術

＊2

I
C
T

Y シリーズⅣ 電磁波センシング基盤技術「グローバル情報通信インフラストラクチャ−（GII）およびイン
ターネットプロトコル」に関する規定。現在既にサービスが始まっている次世代ネットワーク（NGN）は Y.2000 シリーズで勧告化された。

参考文献［1］
Recommendation ITU-T Y.3001（2011）,
Future Networks: Objectives and Design Goals.

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

103

Ⅰ
新世代通信網テストベッ ド

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

新世代通信網テストベッド
JGN-X- ／下條 真司

J
G
N

ネットワーク基盤技術X

下條 真司（しもじょう しんじ）
テストベッド研究開発推進センター
センター長

ネットワークの進化により、イノベーションを創出し豊かで、安全・安心な社会を新世代ネットワーク技術により実現すべく、欧米、アジアをはじめグローバルに活動中です。
「未来を予測する最高の方法は、創造することだ」という米国の計算機科学者 Alan Kay 氏の言葉を信じつつ、活動しています。今年度は、自らもクラウドの中に生活することを決め、目下、様々な抵抗にあいながらも実践中。

「新 しい ネットワーク 技 術 により、イノベーションを起こすべく NICT
では JGN-X と StarBED という2 つのテストベッドを展開し、技術開発を行うとともに、広く利用してもらっています。新たなサービスやビジネス
創造につながる動きについてここで紹介します。
」

104

・技
 術を実際に展開する際の社会的アセスメント

Ⅰ−１
光ネットワーク技術新世代通信網テストベッド JGN-Xと問題点の洗い出し
新世代ネットワークは、様々な問題を抱えるインターネットを新しい技術のイノベーションに・ 技術の応用研究と運用に対する人材育成
・ 新しいイノベーションの創成

しかし、インターネットのように国際間にまたがロードバンド技 術の研究開発とその普及を目る多様なステークホルダーと多様な技術が絡み指してテストベッド網の構築が 始まりました。

合ってでき上がっているものだと、その中でイノ

当時、ブロードバンドは普及しておらず、まだベーションを興すことは容易ではありません。そMbps の時代であったことから、将来をにらんのため、新しい技術やアイデアを現状の技術とすで Japan Gigabit Network（JGN）と 名 付

りあわせつつ安全に試してみることのできる箱けられました（図 2）。1999 年 4 月から 2004

庭が必要です。それが、テストベッドです（図 1）。

年 3 月まで の JGN、2004 年 4 月から 2008

テストベッドの目的としては、以下のようなもの

年 3 月までの JGN2、2008 年 4 月から 2011が挙げられます。

年 3 月までの JGN2plus、2011 年 4 月からの・ 複 数の製品群との相互接続性と産業エコシス

JGN-X へと続いています。この間、2004 年のテムにおける立ち位置の確認

通信・放送機構（TAO）と通信総合研究所
（CRL）

Ⅱ

新世代NW技術の確立とその展開にフォーカスし、日本を縦断する広域NWに以下の環境を実現する
ことで、新世代NWのプロトタイプ構築を目指す。
・新世代ＮＷにつながる先端技術を実装し、一般利用により実証可能な複数プレーンを同時に構築
・仮想化NW上での利活用を促進する仮想化環境を段階的に構築
・海外ＮＷとの接続や他のテストベッド（ワイヤレステストベッド、StarBED ）とも連携

Ⅰ−４


3

DCNプレーン DCN

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

DCN

が 統 合 され NICT が 設 立され たことにより、

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術・ 国際連携と標準化

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

総務省では、1999 年から我が国におけるブ

ワイヤレスネットワーク技術

より変革することによって実現できるものです。

DCN
OF

OF

Openﬂowプレーン
OF
VN

OF
VN

仮想化ノードプレーン

VN• 札幌AP(中央区) <1G>

• 金沢AP(無量寺) <10G>• いしかわクリエイトラボAP(能美市) <10G>

VN

VLANﾃｽﾄﾍﾞｯﾄﾞﾈｯﾄﾜｰｸ
光ﾃｽﾄﾍﾞｯﾄﾞ(光ﾊﾟｽ研究)
ﾜｲﾔﾚｽﾃｽﾄﾍﾞｯﾄﾞ• 岡山AP(中山下) <10G>• 広島AP(基町) <10G>
JGN-X / APII 回線

PNW
PNW

• 仙台AP(青葉区) <10G>• 東北大学AP <10G>• 岩手県立大学AP<1G>StarBED3

PNW

韓国• 福岡AP(天神) <10G>• 九州大学AP <10G>• 九州工業大学AP <10G>

東京• 大手町AP <10G>• NICT大手町AP <10G>• NICT小金井AP <10G>• 東京大学AP <10G>• つくばAP(吾妻) <1G>
• NICT鹿島AP <10G>• 横須賀AP <10G>

I
C
T

基盤技術

PNW

Ⅲ 未来

• 大阪AP(堂島) <10G>• 大阪大学AP <10G>• NICTけいはんなAP<10G>• NICT神戸AP <1G>

JGN-X 国際回線
• 名古屋AP(栄)<10G>• 沖縄AP(恩納村) <1G>※: Partnership Network(PNW)(PNWの利用内容（サービス・伝送容量等）は各運用機関との調整となります。)

ワイヤレステストベッド

下記情報ハイウェイ(※)の各APから
JGN-Xへの接続が可能です。
・岡山情報ハイウェイ・鳥取情報ハイウェイ
・いばらきブロードバンドネットワーク（予定）・SuperCSIネットワーク（広島）米国Ⅳ 電磁波センシング基盤技術•香川大学AP <1G>
•高知AP (本町)<10G>

タイ ｼﾝｶﾞﾎﾟｰﾙ 中国

光テストベッド■小金井-■大手町■大手町〜大手町

図1 JGN-Xの概要と構成௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

105

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

新世代通信網テストベッ ド

ネットワーク研究本部の研究活動
テストベッド研究開発推進センターにおける研究活動
外部機関との共同研究活動
国際的競争力強化たみを活用し
JGN-X に向けた取り組
ク
ー
ワ
ネット
新世代

新世代ネットワーク（NWGN）

産・学・官連携による研究開発の戦略的推進

AKARIプロジェクト

J
G
N

新世代ネットワークを白紙から再設計- ／下條 真司

新世代ネットワークに対する国際的気運の高まり(FIND,FP7等）

X

次世代ネットワーク（NXGN）

に
ーク 求
トワ 的要
ッ
会
ネ 社
る
・ 高速化、多様化
対す

・ 高可用、高品質・ セキュア、省エネ
・ 未知の課題への対応

インターネット
データ通信網
携帯電話

固定電話

既存技術の限界・機能追加による複雑化・性能向上の限界

固定電話

携帯電話

JGN

JGN2
StarBED

従前

図2

国際競争と連携
産学官連携

JGN2plus

JGN-X (2011.4－2016.3)

StarBED2

StarBED3 (2011.4－2016.3)

2008年

2010年（次世代）2015年（新世代）

テストベッドの進化

テストベッドの 運 営主体 が NICT に移ること

クテスト ベッド で あ る JGN-X とシミュレ ーになりました。2011 年から新たな中期計画がション / エミュレーションテストベッドである

始まるのにあわせて、これまで運用してきたネッ

StarBED3 を 統 合して、ICT グ ロ ーバ ル テス

トワークテストベッドに、クラスタから構成されトベッドと呼んでいます。これまでのインフラる計算機群によるシミュレーション/ エミュレー

偏重のテストベッド整備からサービスプラット

ションテストベッド StarBED を加えて、2 つフォームという、より上位サービスを提供するのテストベッドインフラストラクチャを構 築、

テストベッドへと大きく変貌を遂げ、2015 年

運 用し、利用者に提 供しています。ネットワー

頃までに最先端技術を組み込んだ大規模な実3

験 ネットワ ー ク お よ び エ
ミュレ ーション 環 境 を 順
次 構 築・運 用 するとともに、実 験ネットワークについては NICT で 研 究 開 発
を 進 めてい る 新 世 代 ネッ
トワークのプロトタイプに進化させ、2020 年頃には
新 世 代 ネットワ ー クの 実
現を目指しています。

図3

106

SuperComputingでの国際パス設定の実験展示

開始しています。いくつかのプレーンが JGN-X

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

新世代ネットワークへの進化

上に同時に存在しており、それぞれの仮想ネッ
トワークの中では、各利 用者 が 自分たちのたが提案されており、そのイメージは混沌としていまめだけのネットワークサービスを享受しています。

す。しかし、利用者側から期待されている新世代

また、このネットワーク仮想化技術は、光パス・ネットワークはこれまでの単なる土管としてのネッ

パケットスイッチのような柔軟な光ネットワーク

トワークではなく、セキュリティや QoS などの様々の上でこそ真価を発揮するため、早期の導入が望な要求にタイムリーに応える利用者それぞれに対まれています。JGN-X ではネットワーク仮想化技

するオンデマンドサービスネットワークです。

術をはじめとするさまざまな新世代ネットワーク
技術をいち早くテストベッド内に展開、サービス

トワーク仮想化です。すなわち、物理的なネットとして利用者に提供することで新しいサービスをワークの上に、利用者それぞれのニーズに対応す利用した応用が花開くことも期待しています。まる仮想的なネットワークを複数、オンディマンド

た、JGN-X は米国、タイ、シンガポール、香港にに作り出すことができる機能です。

足を持つ国際テストベッドであり、アジア太平洋を活用して、新世代ネットワークプレーンと呼ています。その成果は放送局と連携したさっぽろぶインフラを構築し、その中長期的な運用およ

雪まつりでの実証実験や SuperComputing でび一般利用提供を通じて、新世代ネットワークの国際的連携成果として現れています（図 3、4）。

技術の実用化および普及を目指す取り組みをⅠ−４

地域への技術展開、協力が促進されることを狙っ

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

JGN-X では、このネットワーク仮 想 化 技 術

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

これを実現するための基盤的な機能が、ネッⅠ−２
ワイヤレスネットワーク技術

新世代ネットワークに向けて、様々な技術要素

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図4 さっぽろ雪まつりでの映像伝送実験の模様௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

107

Ⅰ
大規模エミュレーション 環 境（スターベッド・キュービック）／三輪 信介

S
t
a
r
B
E
D3

ネットワーク基盤技術

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

大規模エミュレーション環境
3
StarBED （スターベッド・キュービック）－新世代のネットワーク技術を検証可能とするために－

三輪 信介（みわ しんすけ）

テストベッド研究開発推進センター
テストベッド研究開発室 副室長
北陸 StarBED 技術センター センター長

大学院博士課程修了後、北陸先端科学技術大学院大学助手を経て、2001 年独立行政法人通信総合研究所（現 NICT）に入所。非常時通信、
セキュリティテストベッドなどの研究に従事。博士（情報科学）。NICT では、テストベッドとネットワークセキュリティの 2 足のわらじを履いています、実はさらに日本地域経済学会に所属する経済学者でもあるというマルチタレントが売りです。

「StarBED 3 では、複雑なシステムや様々なネットワーク、デバイスを模擬する 技 術 を 研 究 開 発 し、新 世 代
ネットワーク技術の研究開発を支援する基盤を提供しています。」

108

問題領域

NICT で は、さまざ まな 新 世代 のネットワーク技術やその上でのサービ目的

ス技術の研究開発における検証や実ン環境 StarBED3 を構築・運用しています。ここでは、この StarBED につ3

いて紹介します。

大規模で複雑なネットワークシステムの機能面の検証ユビキタスネットワークシステムの“ディペンダビリティ”に関する検証

高精度エミュレーションと知識の共有による新世代のICT技術の研究開発の総合的な支援

汎用インターネット
シミュレーター

ユビキタスシステム
シミュレーター

大規模エミュレーション
環境

StarBED

スターベッドStarBED2

スターベッド ツー

スターベッド キュービック

TAO（通信・放送機構）
北陸IT研究開発支援センター

NICT
北陸リサーチセンター

NICT
北陸StarBED技術センター

プロジェクト（呼称）
組織（施設）
名称

2002年（平成14年）

2006年（平成18年）

Ⅰ−２

StarBED3

2011年（平成23年）

2016年（平成28年）図1 StarBEDの変遷

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

StarBED とは ?

既存のネットワークの限界（セキュリティ、エネルギー消費等）から新世代のICT技術へ

ワイヤレスネットワーク技術

タイトル

験の基盤として、大規模エミュレーショ

ネットワークのユビキタス化（モバイルネットワーク、
センサーネットワーク、
ホームネットワーク等の進展）

インターネットの進展、ブロードバンドの普及、etc.

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

はじめに

さらに、2011 年 4 月より新しいプロジェクトとし構により北陸 IT 研究開発センターに構築されまのネットワークテストベッド網である JGN-X と同した。2006 年からは NICT の北陸リサーチセ

じチームとして、施設も北陸 StarBED 技術センター

ンターとして、第 2 期プロジェクト（StarBED2として、新たなスタートを切りました。StarBED3 でProject）を開始し、2011 年 3 月末の終了まで、は、さらに複雑化・大規模化しながら進化を続ける

特に、いかに本物に近い複雑さや規模を持った

ICT 環境に対応し、起こりうる問題を予見するよう環境を実現するかに焦点を当てた検証・実験環な検証や、実際に運用を行う人材の育成を行うた境を提供してきました（図 1）。

めの基盤の構築と提供を目指しています
（図 2）
。

Ⅰ−４


て開始した StarBED3 では、組織を一新し、広域

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

StarBED は 2002 年に当時の通 信・放 送機

ⅡStarBED3

知の蓄積・公開

テストベッド間
連携

様々なエミュレーション対象への対応

Ⅲ 未来

様々なネットワーク環境への対応

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

誰にでも
使いやすく

サイバーフィジカルシステムの検証

IC
T

センサーデバイス

基盤技術

有・無線シームレス
エミュレーション
工業用デバイス
BAN・医療・介護用端末

家電

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

電話

有線ネットワーク
エミュレーション

無線ネットワーク
エミュレーション

コンテンツ配信網

クラウドコンピューティング環境

サービスプラットフォームの検証

図2

StarBED3の研究課題イメージ௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

109

Ⅰ
大規模エミュレーション 環 境（スターベッド・キュービック）／三輪 信介

S
t
a
r
B
E
D3

ネットワーク基盤技術
StarBED の技術制御からエミュレーション技術まで幅広く研究開発を続けています（図 3）。

北陸 StarBED 技術センターでは、1,000 台以
上もの多数の PC サーバと 100Gbps を超える

StarBED の利用事例

広帯域の相互接続スイッチといった設備を構築し、運用するだけでなく、その上にさらにインター

StarBED は、共 同 研 究 な ど を 通して、多く

ネットそのものや無線、ユビキタスシステムなどの方に利用されています。ここでは一例として、を模擬するエミュレーション技術など検証・実験

NICT 内部での利用事例をご紹介します。

を支援する技術を研究開発しています。

NICT では、サイバーセキュリティについても

例えば、StarBED の 1,000 台以上の PC サー

さまざまな研究開発を行っており、その一環としバや相互接続を制御しながら実験を進めるためて、ウィルスやワーム・ボットなどのマルウェアのの支援ツール群 SpringOS、物理的には有線ネッ

脅威を体験したり分析したりできる環境として、トワークしか用意されていない StarBED で無線「小規模攻撃再現環境」を開発、構築してきましネットワークを模擬するための QOMET、物理

た。小規模攻撃再現環境では、社内ネットワーク

環境などの異なる環境やセンサーネットワークとなどを再現した環境で実際のマルウェアなどをホームネットワークなど異なる種類のネットワー

発生させ、その挙動をホストおよびネットワーク

クを同じ時間軸の上でエミュレートできるようにの両面から分析し、対処方法を安全に体験できする Rune など、大規模エミュレーション環境のます。小規模攻撃再現環境では、隔離した環境

図3

110

４. 新世代ネットワーク基盤構成技術及びテストベッド技術

StarBEDの技術

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図4

小規模攻撃再現環境の概要

内でマルウェア等が動作するために、本来ならけではなく社会全体の研究開発のコストやリスク汚染される危険が伴うマルウェア等の分析や体を引き下げることに貢献できると考えています。

Ⅱ

StarBED は、インターネットなどと接続する

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

験を安全に行うことができます（図 4）。
おわりにための設定を特段行わなければ、インターネット
StarBED3 では、複雑化する ICT 環境に対応ことができます。小規模攻撃再現環境の開発のするために、StarBED 自身のエミュレーション

際には、実際に StarBED 上に小規模攻撃再現環

能力の向上と、StarBED 以外のテストベッドと境のプロトタイプを構築し、隔離の具合や実際の連携機能の強化の 2 つのアプローチを採りたのマルウェア等に関するデータがきちんと取得

いと考えています。

する形で小規模攻撃再現環境が構築されました。

の組織体制が変更され、日本全域にわたる新世

このように、プロトタイプシステムを StarBED

代のネットワークテストベッドである JGN-X とで構築して、その効果を検証した上で、実際のシ同じチームで研究開発を行っています。これにステムを構築するような方法は、研究開発のコス

よって、有機的なテストベッドの融合によるシナ

トやシステム構築失敗のリスクを下げる上で非常ジーが得られるはずです。我々は、さらなる研究に有効な方法です。StarBED は、さまざまな検証・開発を続けることで、JGN-X と StarBED3 を中実験に使うことができる汎用の大規模エミュレー

心としたテストベッドを、ICT 環境のいろいろなション環境を集中的に用意することで、NICT だ軸への拡大に対応させていきたいと思います。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

幸いなことに、StarBED3 からはプロジェクト

基盤技術

できるのかなどの実験を行い、その結果を反映

Ⅲ 未来などとは接続されていない隔離環境として使う

111

本部（小金井）112

情報通信の未来をつくる

研究者たち

Ⅱ

第

章

ユニバーサル
コミュニケーション
基盤技術
木俵 豊
岩澤昭一郎
大井隆太朗
翠 輝久・水上悦雄
内山将夫
吉田俊介
金 京淑・村上陽平
隅田英一郎・柏岡秀紀
風間淳一
安藤広志
岩爪道昭
荒川佳樹

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

コミュニケーションの壁を越えるためのユニバーサルコミュニケーション基盤技術
木俵 豊（きだわら ゆたか）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
研究所長
民間企業勤務を経て、2001 年独立行政法人通信総合研究所（現 NICT）入所、2006 年内閣府出向、2007 年
知識処理グループリーダーを経て 2011 年よりユニバー
サルコミュニケーション研究所長。ユビキタスコンピュー
ティング、情報分析の研究などに従事。趣味はドライブ
や写真撮影など。

「本稿では、
NICT ユニバーサルコミュ
ニケーション研究所で研究開発を進めている、言語の壁、情報の量と質の壁、距離や臨場感の壁などを超えるためのユニバーサルコミュニ
ケーション基盤技術の概要を説明
します。
」
はじめに

「情報の量と質の壁」があります。さらには遠隔地の友人と簡単にテレビ電話をすることができまブロードバンドネットワーク技術やユビキタス

すが、限られた 2 次元のディスプレイによる「距

コンピューティング技術によって、いつでもどこで離や臨場感の壁」があります。これらの壁を越えも高速なネットワークの恩恵を享受できるようなるには、自動翻訳技術や情報分析技術、超臨場りました。また、スマートフォンの普及によって、必感通信技術などのユニバーサルコミュニケーショ

要な ICT サービスを即座に利用できるようにもン基盤技術の研究開発が必要不可欠です。

なっています。このように、情報通信インフラは充実しつつありますが、人と人がコミュニケーション

ユニバーサルコミュニケーション技術するためには、まだまだたくさんの壁があります。

114

例えば、外国人とコミュニケーションする場合

NICTユニバーサルコミュニケーション研究所には「言葉の壁」があります。インターネットを通では、「言語の壁」を越えるための多言語音声翻じて情報を利用する際には、大量の情報によっ訳や「情 報の量と質の壁」を超えるための情 報て、信頼性が高く価値の高い情報の発見を阻む

分析技術、「距離や臨場感の壁」を越えるための

Ⅰ−１

URCF

光ネットワーク技術

オープンラボALAGIN
社会還元

大規模情報資産

超臨場感
通信・評価

Ⅰ−２

対話
多言語音声対話技術

超臨場感インタラクション技術

翻訳

知識・言語グリッド
分析

WISDOM2015による情報分析

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

収集・分析・
分類・構造化等①玉石混淆な 情報

多言語長文翻訳技術
③超臨場感
コンテンツ

図

ワイヤレスネットワーク技術

超臨場感
コンテンツ

インターネット②環境センシング
データ

情報分析技術ユニバーサルコミュニケーション基盤技術の概念図



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

超臨場感通信技術を研究・開発しています。また、

理技術、多言語機械翻訳技術、大規模情報管理技

これらの技術を利活用するために新世代ネット術、
情報検索技術、
サービスコンピューティング技術、ワークを活用した知識・言語グリッドと呼ばれる

画像符号化圧縮伝送技術、電子ホログラフィ技術

新たな情報利活用基盤上で大量の Web 情報やなど多岐にわたる分野の基礎研究を行っています。

Ⅱ

資産を作り上げます。さらには、情報資産から「知」

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

センサ情報などから構築された大規模高度情報
おわりにの情報を取り出し、多様な情報サービスへと利用できる仕組みを構築します。

これらの研究開発の成果は、単なる学術的な成すことで、他に類を見ない世界最先端の「社会で業などでも、高度な知識処理技術を用いた情報

使ってもらえる」
成果となっています。例えば、多言システムが容易に構築できるようになります。これ

語音声翻訳技術などは、既に商用サービスに組みらの技術を用いて既に多言語音声翻訳システム

込まれて利用されており、一般の人々の生活に深VoiceTra4U-M、音声対話システム AssisTra、情報く関わっています。このような社会への成果展開

分析システム WISDOM や一休などを開発していを目指した共同研究・開発のために、高度言語情ます。また、多感覚インタラクションシステム、臨場感

報融合フォーラム（ALAGIN）と、超臨場感コミュニ

あふれる映像を表示できる200インチ裸眼立体ディケーション産学官フォーラム（URCF）
を設立しておスプレイ及び究極の立体ディスプレイである電子ホ

り、産学官での協力体制も進んでいます。要素技

ログラフィも開発しています。これらのシステムを実術の更なる高度化のみならず成果の社会展開を現するためには、着実な研究開発が必要不可欠で加速させながらユニバーサルコミュニケーション

す。私たちは、高度な自然言語処理技術や音声処領域における国際的 COE 研究拠点を目指します。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

識処理の専門的な知識を持たないベンチャー企

基盤技術

果だけに終わらず、実用的に使えるレベルを目指

Ⅲ 未来

この情報利活用基盤によって、言語処理や知

115

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

世界初！
インチ裸 眼200

ディスプレイによる自然な立体視の実現／岩澤 昭一郎

3
D

世界初！200インチ
裸眼3Dディスプレイによる自然な立体視の実現
岩澤 昭一郎（いわさわ しょういちろう）
ユニバーサルコミュニケーション研究所
超臨場感映像研究室 主任研究員

大学院博士課程修了後、民間研究機関等を経て 2006
年から NICT にて大画面裸眼立体表示技術の研究開発に従事。小学校時代からの強度近視＋乱視に近頃は激しい疲れ目も加わって、業務の画質調整時に機器が悪いのか、はたまた自分の目のせいなのか判断に迷うことがしばしば。趣味はものすごく偏った料理。

116「3Dメガネなしでいろいろな視点から見られる立体 表示技術を用いて、
	実寸大の自動車が収まる大きな画面サイズを持つ投射式ディスプレイの試作に成功しました。
」

両眼視差を手がかりとして奥行きを感じることは

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

自然な 3D の実現

できますが、運動視差は生じないため手がかりと私は立体映像技術に関する仕事に取り組んでしては用いられることはありません。
3D メガネなしでより自然な立体像を見ること

術によって通信相手先の状況がまるで自分の目ができるようになれば、初めに書いたようによ

前にあるかのように感じられて、これまでになくりよいコミュニケーション環境の実現に大いにスムーズにコミュニケーションのできる環境を作

役立つと考えて、私たちは超多視点（色々な角度りだすことです。その際、相手側に提示する映像

から映像が見られる）かつ裸眼に対応した大型の大きさ・精細さ・そして立体感の 3 つが特に画面の立体映像表示技術の開発に取り組みまし大切だと考えています。

た。その成果として完成させた試作ディスプレイ
角の長さが 200 インチ = 約 5 m）、表示されるることでしょう。映画館やテーマパークの 3D 映

映像としてフルハイビジョンの情報量をもち、両像でもやはり同じではないでしょうか。3D メガ

眼視差に加えて滑らかな運動視差をも示せるた

ネを必要とする方式では右目と左目のそれぞれ

めに奥行きをより自然に感じることができる、とに対応する別の映像を見せることによって、立体いった数々の特色を備えています。既に販売され的に見られるようになっています。このとき表示ている裸眼（3D メガネのいらない）
3D 対応薄型されるのは右目用と左目用の 2 種類の映像のみ

テレビではいずれの特徴もまだ実現されていまで、どの場所から誰が見ても同じ映像しか見られせん。

ません。またテレビを見るのにわざわざ 3D メガ
ネをかけなければいけないというのは多くの人

超臨場感の要素Ⅰ−４

メガネをかけて楽しむもの、と思っていらっしゃⅠ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

は 3D メガネなしで、画面の大きさは 200 型（対ネットワークセキュリティ技術

みなさんの多くは 3D テレビといえば専用の

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

います。研究開発の究極の目標は、映像通信技

Ⅱ

街頭で通りがかりの人に立体的な広告を見せた

フルハイビジョン画質、すなわち高精細な映像

いといった用途に 3D メガネが必要とあってはそが見えるということは臨場感を高める 1 つの要もそも無理があります。

素になるというのはあえてここで説明をしなくてユニバーサルコミュニケーション基盤技術が負担に感じるのではないでしょうか。たとえばも、みなさんが地上波デジタル放送対応テレビに
三次元的に見る買い替えられたときのことを思い出していただけ

いろいろな手がかりを利用しています。なかでも

いということは単に迫力があるというだけでな

両目に映る見え方の違い（左右の目は離れたとこ

く、自動車や人などいろいろな対象の全体像をろに付いていますから物の見え方もわずかに違実寸大で見ることができることを意味していまい、これを両眼視差といいます。
）やどこから見るす。つまり本物と同じ大きさで見ることができる

かによって物の見え方も変化する（運動視差と呼ため、より高いレベルの現実感を感じることになびます。）現象は、立体感つまり奥行きを知るためります。50 型前後が主流の薄型テレビではこうにとりわけ重要な情報として脳内で扱われることはいきません。さらには多くの人が一度に見るこがわかっています。3D メガネ方式のように左目ともできますからこの点でも大画面というのは欠用と右目用の 2 種類の静止画像を見ている人はかせない特徴です。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

次に画面の大きさですが、画面サイズが大き

基盤技術

私たちの脳は外界を立体的に把握するために

Ⅲ 未来

れば納得していただけるものと思います。

117

Ⅱ
世界初！
インチ裸 眼200

ディスプレイによる自然な立体視の実現／岩澤 昭一郎

3D

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術
さらに運動視差があることで、横に移動しな

クタアレイと呼んでいる投射光学系を組み合わがら見ると隠れていた面が見えるなどより自然せたものです。以下、図 3 を使って説明します。

な立体感を堪能できます。例としてショールーム

スクリーンは透過型で横方向は光を拡げず縦方

で本物の車を見ているとしましょう。左右に動向のみ光を散乱させる特殊な拡散面と、各視点

いて車体を見てみるとヘッドライトが見えたり、を作るための集光レンズの 2 層から成っていま

室内インテリアで今まで隠れていた部分がどんす。プロジェクタアレイはプロジェクタユニット

な造りになっているのかわかるでしょう。ボディを多数並べたもので、全てのプロジェクタユニッ

部分に現れる光沢の出かたで表面の形を知るこトから投射された光はスクリーンの拡散面で一ともできます。これらはみな運動視差によっても度像を結びます。このとき全投射画像においてたらされる情報なのですが、私たちの表示技術対応する画素同士がぴたりと重なるように各プでも近い感覚を味わえます。図 1 は実際に試作

ロジェクタユニットの投射レンズを調整していましたディスプレイの画面を撮ったものです。車をす。投射光が 前述のスクリーンを通過した後は見てください。正面から見ると開いているドアに

横方向にはほとんど拡がらず上下にのみ大きく隠れて見えないステアリングハンドルが右の端

拡がり、上から見たときにある場所に集まるよからは見えています。

うに進みます。光の集まってくる場所は視点、すなわち映像が見られる地点となります。視点は 1

超多視点で魅せる立体像

つのプロジェクタユニットに対して 1ヶ所作られ、プロジェクタユニットを横に少しずつずらして並

それではどのように立体映像を実現しているのべているため同様に視点も横に並びます。隣りか、ごく簡単に説明してみましょう。試作したディ合う視点の間隔は約 2 cm
（日本人の成人の両眼スプレイ装置は大きく分けて 2 つの要素
（図 2）、

間隔のおよそ 3 分の 1) と非常に密になっていま

特殊なスクリーン光学系と、私たちがプロジェす。各視点にはその位置に応じて少しずつ違った

図1

118

実際に見える画面の例（見る場所を変えれば異なる角度の映像が見える）

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

Ⅰ−３

開発した200インチ裸眼立体ディスプレイの構成

ネットワークセキュリティ技術

図2



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

図3

立体表示原理（上から見た図)

今後の展開

Ⅲ 未来

角度の映像を届けているため、（一定の距離離れた）両眼で見たときそれぞれの目は異なる角度の像を見ることができます。さらに頭を左か右に少ラを使って超多視点の映像を撮影し、ネットワー

し動かすだけで両眼には別の角度の映像がそれクを通じて伝送できるよう最適な画像圧縮方式

ぞれ入ってきますから、見ている人は同時に運動の開発を急いでいます。さらには実験室内から出視差による奥行きをも感じとることができます。

て実際に公共の往来に試作ディスプレイ装置を

これにより両眼視差のみの場合に比べて自然に長期間設置して大勢の方々に見ていただきなが立体像を見ることができるのです。

ら実証的に評価していくことを計画しています。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

すでに始めているのですが実写、すなわちカメ

基盤技術

映像を受け取ることになり、両眼視差により立体

119

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

電子ホログラフィ／大井 隆 太 朗

電子ホログラフィ－近未来の表示技術－

大井 隆太朗（おおい りゅうたろう）
ユニバーサルコミュニケーション研究所
超臨場感映像研究室 主任研究員

大学院博士課程修了後、放送局の研究所を経て、2006
年から NICT にて電子ホログラフィの研究に従事。専門は３次元映像技術、イメージセンサ技術。趣味は水泳と
飲み会。

120

「ホログラフィは 3 次元映像の記録・再生 方法として最 も 理 想 的 です。
写真技術（静止画）として発達した
この技術を、撮影から表示まで全て電子化するのが電子ホログラフィの目標です。」

目用の少しだけ異なる左右 2 つの視点、つまり視Ⅰ−１
光ネットワーク技術「電子ホログラフィ」とは？

差を与えた状態で被写体を同時に撮影し、その 2
つの映像素材を人の左右両眼にそれぞれ個別にとがあると思います。例えば SF 映画の「スター・見せることで、人間の脳内で立体を知覚させていウォーズ」や「トータル・リコール」など、近未来ます。つまり人間の脳が持つ特性を利用した原理の世界を表現する時に空中に立体で人物などをになっています。この方法は二眼立体と呼ばれ、表示するシーンが出てきますが、ホログラムはこ

映画のように画面の正面からじっと動かずに映像

うした映画などに出てくるような 3 次元映像をを見る場合には優れた方式で広く普及しています

記録したデータや媒体のことをいいます。

が、片目をつぶって見てみると立体的に見ること

ホログラフィは、正確にはこの 3 次元映像をはできないという欠点があります。
また、画面に対して左側から見ている観客と、とです。ホログラフィには、ホログラムを実写す

右側から見ている観客とでは、物の見え方が本る撮影技術、記録技術、および再生技術が含ま来は異なるはずですが、もとの情報が左右の 2れます。私たちは実写の立体映像を電子的にホ視点分しかないため、どの席に座っても正面から

ログラム化し、伝送、記録、再生するまでの全て画面を見ているときの立体映像しか見ることはについて研究をしており、これを「電子ホログラ

できません。
あります（表 1）。通常の 3D テレビの原理であるを動画に、しかも電子的に実現するものです。こ二眼立体は、人間の視覚機能に頼った方式といの技術により究極の 3 次元映像によるコミュニ

えます。多眼立体は、レンチキュラーレンズ ＊1 な

ケーションの実現を目指しています。

どを用いることで、見る位置が変化した場合にそ

つまり、これまでの静止画のホログラフィ技術

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

立体視を実現する方法にはいくつかの種類がⅠ−３
ネットワークセキュリティ技術記録した媒体であるホログラムの製造技術のこフィ」と呼んでいます。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

読者の方は、ホログラムという言葉を聞いたこⅡ

通常の 3D テレビとホログラフィの違い

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術れに応じた映像を見せることが可能です。ホログ
ラフィでは表 1 の要素全てを記録再生できるため人間の目にとっては実物を見ているときと完
最近は一般家庭にも 3D テレビが普及してい全に同じ状態となり、ホログラフィは人の視覚機ます。家電量販店では多数の 3D テレビを見るこ

能に頼らない理想的な立体表示法といえるのでとができます。市販の 3D テレビは、左目用、右す。さらに、例えば一眼レフカメラなどでホログ

Ⅲ 未来

表1

3次元映像記録・再生方法の比較

二眼立体（眼鏡式３Ｄテレビなど）

○
○

○

光線再生

○

○

○

ホログラフィ

○○○（200 イン チ ディス プ レ イや
fVisiOn など）

I
C
T

ピント調節（浅い） ピント調節（深い）௶ၡฆఒɈⅣ 電磁波センシング基盤技術

多眼立体

運動視差

基盤技術

両眼視差

○

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

121

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

電子ホログラフィ／大井 隆 太 朗

ラフィ像を撮影すれば、現実空間と同様に正確なラフィでは光の回折・干渉を用いて光の方向をコ

ピント合わせも可能です。

ントロールするため、デメリットとしては光の波
長程度の微小な画素を持つ特別な素子が必要に回折と干渉によってシャープな再生像を得るなる事が挙げられますが、ホログラム面から遠く離れた位置でも非常にシャープな結像が得られ

電子ホログラフィの基本原理について説明する

るメリットがあります。

前に、まず 2 次元のテレビから考えてみましょう。

私たちの日常生活では光を光線として考えます

通常のカラーテレビは被写体に反射した光の強さ

が、光には波としての性質もあることはご存知かと

（輝度）
と色
（波長）
の情報を記録して、再生するこ思います。光の波長程度に細かい格子パターン（縞）とができます。これに対してホログラフィでは、こを光が通過すると、光の一部は進行方向を変えられら情報に加えてさらに、ホログラム面を通過すれます。縞が粗いと少なく曲げられ、縞が細かいほる光の方向、つまり光の位相についても記録再生

どより大きく曲げられます。ホログラム全体に渡っすることで、立体映像を表示できます。

てこのような粗い縞や細かい縞を予め書き込むこ

図 1 はこれを模式的に示したものです。撮影時とで、何もない空中に立体像を再現できます。このは物体から反射した光である物体光 O（位相と振縞は図 1 のように光学的に作ることもでき、またコ

幅を持つ、ベクトル量）と既知の参照光 R の干渉

ンピュータ内で光の伝搬をシミュレートして、計算

縞 I（ホログラム、スカラー量）を記録します。再により作り出すこともできます。NICT では実写の生時はこのホログラムに参照光 R と同じ光をあホログラム生成を行っており、例えば距離情報をてて、物体光 O と位相・振幅が等しい光をふた取得できるカメラで撮られた 3 次元情報を、コンたび発生させます。

ピュータ計算でホログラム化し、開発したホログラ

二眼立体とホログラフィの中間にある技術として、光線再生という技術があり、そこでは多数のム表示装置で 3 次元像を立体再生するというシステムの研究をしています。

レンズを使うことで光の方向をコントロールしています。レンズで位相を変調するので、どうして実験室レベルの巨大な表示システムは必要なの？

もレンズの大きさ程度のボケ感が生じることや、
レンズアレイから離れた位置での結像特性が急

現状では電子ホログラフィ再生装置 ＊2 が大きい

速に劣化する欠点があります。これに対しホログため、サイズをコンパクトにすることがまず課題に

図1

122

ホログラムの記録と再生光ネットワーク技術

Ⅰ−１（a）近い: 自動車のタイヤの付近に焦点
写真1

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２（b） 遠い: 植木の葉の付近に焦点

電子ホログラフィ再生装置で再生した実写ホログラム像

	再生像（a）、（b）はともに１枚の電子ホログラフィから再構成された立体像を再度カメラで撮影して得た画像。輝度、色に加えて、距離も正確に再現。

ビジョンに進歩してきたように、その先の立体映て視域角 15 度で対角 4cm サイズのカラー動像への進化も必ずやってくるでしょう。現在人類

画表示を実現しました。その中で使用しているが知り得る立体表示の方法の中で、究極といえる

光変調素子は 3,300 万画素のものが合計 3 枚

電子ホログラフィによって社会生活をより豊かなで構成されており、カラー動画表示を実現するものにすることができると信じています。

ためには、素子の周辺に必要な駆動装置やメモリなども大きくなります。また、装置が大きい理由のひとつとして、ホログラムから原理的に発Ⅰ−４

ホログラフィの表示装置では世界初の技術とし新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

がモノクロからカラーへ変わり、カラーからハイ

ネットワークセキュリティ技術

挙げられます。2010 年度に報道発表した電子

Ⅰ−３Ⅱ

光学的なフィルタ処理を行っている部分のサイ用語解説

ズが大きいことが挙げられますが、今後の変調＊1 レンチキュラーレンズに必要なホログラム自体の部分は 20cm 角程

かまぼこ形の微細な半円筒レンズを多数並べて作ったシート状のレンズのことで、液晶画面や印刷物の表面に貼り付けて使う。
半円筒レンズの働きで光の進行方向を変え、見る位置に応じて液晶画面や印刷物の異なる画素を観察できるようにするためのレンズのこと。

度です。写真１は我々の電子ホログラフィ装置で＊2再生された映像の例です。実際には動画像（ムー

上部黄色の枠内は距離カメラと演算用ＰＣクラスター

素子技術が進歩するのに従ってコンパクトなものになる見込みが十分にあります。現状で本当ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

生する妨害光、つまりノイズを除去するために

Ⅲ 未来

電子ホログラフィ再生装置ビー）として再生されますが、像の大きさは高さ

基盤技術

I
C
T

約 2cm 程度で、今後、表示サイズを大きくする
ことも課題です。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

おわりに今回の電子ホログラフィの成果は、今ただちに実用化されるというものではなく、研究開発の初期段階にあり、まだまだ研究が必要です。テレビ௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

123

Ⅱ
声できくと、声で答える 。 観 光 案 内 ア プ リ／翠 輝久・水上 悦雄

A
s
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s
T
r
a

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

声できくと、声で答える。
観光案内アプリAssisTra－自然な音声で簡単に情報を取得できるシステムの実現を目指して－「音 声コミュニケーション研究室の技術を用いたスマートフォン用の音
声 対 話システム AssisTra を、Siri
しゃべってコンシェルに先駆けて、
2011 年 6 月に公開しました。」

翠 輝久（みす てるひさ）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
音声コミュニケーション研究室 研究員
人と人、人とコンピュータのコミュニケーションに関心を持ち、音声対話の研究をしています。

水上 悦雄（みずかみ えつお）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
音声コミュニケーション研究室 主任研究員
コミュニケーションにおける相互調整の性質に関心があり、対話の評価研究をしています。趣味は映画（特に SF）観賞、公園探検と称する娘たちとの散歩、
昆虫探索、車でのぶらり遠出旅行。

124

NICT ユニバーサルコミュニケーション研究所

ユーザの自然な音声による要求を受け付け、音音声コミュニケーション研究室では、わずらわし

声と画面で、その要求に答える「音声対話システム」

い操作を覚えなくとも、その人にとって自然なコです。
図1の例のような音声対話をすることができ、ミュニケーションの手法で、容易に情報システム

ユーザは京都の観光スポットやレストランなど観を利用できる社会の実現を目指して、研究を進

光に役立つ様々な情報を調べることができます。

Ⅰ−１

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術『はんなのガイド 京都編』とは？

光ネットワーク技術

はじめにめています。中でも私たちは、人に話しかけるよ
うな、自然な音声による要求を受け付け、その音声対話処理技術

意図を理解・推測することによって、適切な情報をしており、大きく分けて、音声認識、音声言語理

データ収集を目的として、観光案内 iPhone 用

解、対話制御、応答文生成、音声合成の 5 つのモ

アプリ「AssisTra」を 2011 年 6 月にリリースしま

ジュール（要素技術）
で構成されます。
『はんなのガした。本稿では、AssisTra の中心機能である、『はイド 京都編』に用いられているこれらのモジュール

んなのガイド 京都編』で利用されている音声対は、すべて当研究室で開発したものです。以下では、

話処理技術について解説します。

これらのモジュールについて概説します。

Ⅰ−４

ます。これまでの研究成果の実証実験および実Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

一般に音声対話システムは、図 2 のような構成

ネットワークセキュリティ技術を提示する、高精度対話処理技術を研究していⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1 『はんなのガイド 京都編』対話例௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

125

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

声できくと、声で答える 。 観 光 案 内 ア プ リ／翠 輝久・水上 悦雄

A
s
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i
s
T
r
a

図2

音声対話システム構成図

・音声認識・音声合成・応答文生成存在します。このような発話の意図を解釈する＊

 音声認識・音声合成は、隠れマルコフモデル

ことは人にとっては難しいことではありませんに基づく統計的手法を利用しており、大量の音が、コンピュータがこれらの発話を理解するた声データを学習に用いることで、自然で連続的

めには、これらの表現を同一のシンボル（コン

な音声発話文を認識し、人の発話音声に近い合ピュータが処理可能な言葉）に変換する必要が成音を作成することができます。後述の大量のあります。これが音声言語理解の役割です。

観光案内対話データを利用して、観光案内用に

 この機能を実現するためには、ユーザが実際特化したモデルを作成することにより、高い音に使用する表現を収集するとともに、高精度な声認識率と、ユーザに話しかけるような自然な

音声言語理解アルゴリズムを研究・開発するこ

合成音声を実現しています。さらに、応答文生とが重要になります。会話の中で実際に利用され成で利用するテキストとして、プロのガイドの発る言い回しを収集するために、私たちはプロの観話内容をもとに、桜、紅葉など様々な観点から

光ガイドと旅行者の模擬会話を150 時間 300の観光スポットの説明文を整備しました。

対話収録しました。これは、現在収集されている
単一状況での音声対話データとしては世界的に・音声言語理解126

も大規模なものです。さらに、プロトタイプ音声

 人間の自然発話には、ユーザや状況によっ

対話システムを構築して、被験者実験を行い、実て様々な言い回しが存在します。たとえば、「観際のシステム利用を想定した状況での発話表現

光スポットへのバスを利用したアクセス方法」

を収集しました。これらのデータをもとに、私たが知りたいと考えている場合を考えますと、図ちの研究室で独自に開発した音声言語理解・対3 の例をはじめとして、多種多様な言い回しが話制御フレームワークである『重み付き有限状

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図3

言語音声理解の例

Weighted Finite-State Transducer-based

類・言い回しのバリエーションが 150 時間程度

Dialog Manager）』
を用いて、WFST 表現によの学習データではカバーしきれないほど多様でる音声言語理解モデルを作成することで、高速複雑なものであり、コンピュータが人の意図を正かつ高精度な音声言語理解を実現しています。

確に理解するためには、より大きな対話データを収集するとともに、音声言語理解や対話履歴処・対話制御

理の精度の改善が必要であることが分かりまし

図が異なる場合があります。たとえば、「アクセス方るとともに、より柔軟に発話を理解し対話を制法を教えて」という入力があった場合には、直前の御するアルゴリズムの研究を進めていきます。ま対話内容に基づいて「どこから、
どこまで、
どのよ

た、システムの利用の拡大を目指して、訪日観光

うな交通手段で」などの情報を補完する必要があ

支援に利用できるように『はんなのガイド 京都

ります。これらの発話に隠れた意図を適切に補っ編』の英語版を 2012年 3月に無料公開しました。

て応答内容を決めることが対話処理の役割です。

さらに、チケット予約や、コールセンター業務な このような対話履歴処理は、対話システムがど、実世界で必要とされている様々なタスクを扱利用される状況や、ユーザがシステムを使う目う音声対話システムを構築し、対話処理技術の的に対する依存性が高いものです。そこで、
ユー

実用性を証明していきたいと考えています。

I
C
T

基盤技術

タを追加して各モジュールのモデルを再構築す

Ⅲ 未来

や発話履歴に応じて発話に含まれるユーザの意

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術た。今後はシステム運用により収集した発話デー

Ⅱ まったく同じ発話が入力された場合でも、状況

Ⅰ−４

だ十分ではありません。人間の発話や意図の種

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

態トランスデューサ対話制御機構（WFSTDM：

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

ザの実際の利用状況に近い、前述の大規模対話データをもとに観光対話用の履歴処理モデ
用語解説

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

ルを作成し、
対話履歴を適切に処理しています。

＊ 隠れマルコフモデル

おわりに今回、アプリを公開し、収集されたログデータを分析していますが、システムの応答の精度はま観測される記号列（音声認識の場合、音声の特徴量）
が、直前の m個の記号から決定されるマルコフ過程であると仮定し、それを出力するような状態遷移系列が非決定的である（隠れている）とする
確率モデルです。音声認識の場合、状態遷移確率などのパラメー
タが、大量のデータから学習され、最も高い確率で記号列を出力するような単語列や音素列が認識結果となります。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

127

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

身近になった多言語自動 翻 訳 ／ 内 山 将 夫

身近になった多言語自動翻訳－半世紀以上の研究開発を経て実用化されつつある技術－

内山 将夫（うちやま まさお）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
多言語翻訳研究室 主任研究員
自動翻訳の研究を 10 年くらいしています。自動翻訳の性能をあげることにより、世の中が住みやすくなることに貢献したいと思っています。家族にわかる研究をするように努めています。

128「自動翻訳は、長年の研究開発を経て実用化されつつあります。NICT の自動翻訳エンジンは、対訳データから自動構 築 可能です。この研究
成果を社会に還 元したいと思っています。」

テムでしたが、最近は、コーパスベースの自動翻Ⅰ−１
光ネットワーク技術

身近になった多言語自動翻訳

訳システムの性能も向上しています。NICT が研究している自動翻訳システムは、コーパスベース

した。日本でも、1980 年代に産学官で盛んにの自動翻訳システムです。その研究開発の基盤に研究開発されて、たくさんの商用自動翻訳シス

は、大きく分けると、ユーザ、言語資源、アルゴリ

テムが開発されました。そして、現在では、インズムの 3 点があります。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

自動翻訳の研究は、1940 年代から始まりま

ターネットのポータルサイトなどで、自動翻訳が無料で提供されていますし、商用の自動翻訳シ

ユーザ

ステムの提供も盛んです。
自動翻訳システムの目的は、ユーザの役に立つ

手で記述した規則に基づいたシステムと、大量のことです。そのため、ユーザは、自動翻訳システ

対訳テキストから自動的に翻訳規則を学習する

ムの研究において、もっとも尊重する必要があり

コーパスベースの自動翻訳システムの 2 種類がます。

あります。コーパスというのは、大量のテキストからなるデータベースのことです。

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

自動翻訳システムの種類には、基本的には、人

NICT では、旅 行 会 話 専用の自 動 音 声 翻 訳
システムとして VoiceTra を 開 発して い ま す

訳システムは、人手で記述した規則に基づくシス

訳エンジンとして、日本最大級のアパレルサイト

Ⅰ−４

（p.140-143 参照）。また、e コマース用の自動翻

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

これまでは、一般的に利用されている自動翻Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

みんなの翻訳 （http://trans-aid.jp）௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

129

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

身近になった多言語自動 翻 訳 ／ 内 山 将 夫の、韓国サイトについて、日韓自動翻訳により商上の対訳文が翻訳エンジンの訓練に必要です。

品説明文を韓国語に訳すサービスを提供してい図 2 は、e コマース分野における、訓練に利用します。この自動翻訳エンジンのための対訳データ

た対訳文数と翻訳精度の関係を示しています。

を作成するために、株式会社バオバブとの共同

なお、A と B は商用の翻訳エンジンですが、これ研究により「留学生ネットワーク@ みんなの翻訳」

らは対訳文での訓練はしていないため、一定の（https://en.ecom.trans-aid.jp/）を開発し、留精度です。

学生のアルバイトにより効率的に対訳データを作

NICT では、異なる言語の文書から自動的に成しました。また、ボランティアによる人手翻訳

文と文の対訳を作成する技術を開発しています。

を支援するために東京大学図書館情報学研究室

そして、この技術を利用することにより、日本とと共同で「みんなの翻訳」（http://trans-aid.jp）

米国に同時出願された特許文書から 1,000 万文を運営しています（図 1）。

以上の大規模な日英対訳コーパスを自動作成しこのように、NICT では、最新の研究成果を一ました。今後は、このコーパスを利用して、日英般に利用していただくことにより、研究成果を社の特許翻訳や類似文検索などのサービスを開発会に還元すると同時に、そのフィードバックを研する予定です。

究開発に役立てています。

また、NICT では、新聞記事から 25 万文規模の日英対訳コーパスも作成しており、この対訳

言語資源

コーパスは、ライセンス契約により第 3 者も利用可能です。このコーパスは英辞郎に採用予定です

最も重要な言語資源は、対訳テキストです。統計的自動翻訳では、分野を限定した場合で十数
万文、分野を限定しない場合には 1,000 万文以

図2

130

日英翻訳の性能改善

ので、たとえば、「英辞郎 on the Web」で NICTが提供した対訳文が検索可能となります。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

図3

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

コンピューター用対訳辞書の作成補の中から、前述の対訳関係の確率等を利用し

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

アルゴリズムて、最適な英文を選択します。
氏により提案されました。その後、1990

複雑です。たとえば、英日自動翻訳の場合には、

年代に、IBM により、対訳コーパスから自動的

英語と日本語の構造差が大きいので、あらかじめに対訳辞書や翻訳規則を推定するアルゴリズム

入力文の英語を構造解析して、日本語の語順にが開発されました。2000 年代には、自動翻訳を近くなるように英語の語順を変更してから、上述（不完全ながらも）自動的に評価する方法が開発の方法で翻訳したりします。

長尾されました。現在では、英日や日英などの言語構自動翻訳の研究においては、これまで、ほぼ造が離れた言語対の翻訳も、ある程度の精度で10 年に 1 回の割合で、ブレークスルーとなる研

自動翻訳ができるようになりました。

究が起きていますので、ここ数年で、次のブレーから自動的に翻訳辞書を構築します
（図 3）
。こ

ちは、そのブレークスルーを NICT から起こすよの翻訳辞書は、たとえば、「私」と「I」が対訳関係

うに研究しています。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

クスルーが起きるのではないかと思います。私たⅡ

コーパスベースの自動翻訳では、対訳コーパス

Ⅰ−４

もっとも、実際に行われている方法は、もっと新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

コーパスベースの自動翻訳は、1980 年代に、にあることを記述しています。さらに、通常の辞書と異なる点として、どのくらいの確率でこれらが対応関係にあるかも記述しています。更に、単Ⅲ 未来語だけではなく、フレーズの対訳関係も大量に格納しています。
この辞書を使って日本語を英語に翻訳する方

基盤技術

I
C
T

法の概略は、まず、日本語文をフレーズに分割します。そして、そのフレーズを英語に翻訳して、最Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

後に、翻訳したフレーズを並べ替えて英語の語順にします。ここで、もちろん、個々の日本語のフレーズには複数の英語のフレーズが対応します
し、日本語文をフレーズに分割する方法も多量にあります。したがって、自動翻訳が出力可能な英語文の数は無数にあります。この無数の翻訳候௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

131

Ⅱ

何
: もな い テ ー ブ ル の 上 に 浮 か ぶ

f
V
i
s
i
O
n

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

fVisiOn : 何もないテーブルの上に浮かぶ3D映像の作り方－メガネなしで360度から見えるテーブル型3Dディスプレイの研究－

映像の作り方／吉田 俊介

3D「テーブルを囲んだコミュニケーションのような自 然 な 情 報 伝 達 環 境 を	目指し、メガネなしで観察できる 3D
映像をテーブル上のそこにあるかのように提示する技術を紹介します。」

吉田 俊介（よしだ しゅんすけ）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
超臨場感映像研究室 主任研究員
大学院修了後、通信・放送機構（TAO）研究員、国際電気通信基礎技術研究所（ATR）研究員を経て、2006 年
より NICT 主任研究員。博士（学術）。人とコンピュータ
をつなぐ境界面（インタフェース）の研究者。
「未来を作っています」と言えるハカセになるべく精進中。

テーブルトップを介したコミュニケーション
コミュニケーションにはいろいろな形がありますが、この研究が対象としているのはテーブルの周りに集う人々のコミュニケーションです。テーブ
ルの上（テーブルトップ）は様々な作業をみんなで共同して進めるのに適した空間です。書類や模型を並べる場所として使うことができますし、それらをみんなで共有して書き込んだり修正したりしながら議論を進めることができます。これをコンピュータで支援し、テーブルトップに表示された
ディジタルな書類を扱えたり、3D 映像の模型を修正できたりすれば、その場に集まった人同士だ
けでなく、データのやりとりで遠隔地間でもテー
ブルトップを介したコミュニケーションができるようになります。

132

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

図1
上

テーブル型メガネなし3Dディスプレイ「fVisiOn」
試作したfVisiOnによる3D映像。中央にウサギの3D映像と、周りに折り鶴やペンなどが置かれたテーブルトップ
右下 テーブルトップを介したコミュニケーションの例



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

テーブルトップに求められる 3D 映像「fVisiOn（エフ・ビジョン）」と名付けたテーⅡ

プにて 3D 映像をみんなで自然に共有するため自然なコミュニケーションを達成するためには、にはどのようにすればよいのかという新しい着想

特別なメガネをかけることなく、何人でも同時より生まれました。

に 3D 映像を観察できることが望ましいと言えテーブルに置かれた模 型がそうであるよう

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ブル型 3D ディスプレイの研究は、テーブルトッ

ます。
テーブルの上に高さのある 3D 映像を浮かび上しなければいけません。しかし一般的な 3D ディ

がらせて再生することができます。テーブルの周

スプレイの技術は、テレビのように正面側から

囲にいる人々は、特別なメガネを使うことなく、

3D 映像を見ることが 想定されていて、得られ何人でも同時に周囲 360°からそれぞれの視点

る立体感は奥行きのみで、3D 映像の横や後ろに応じた 3D 映像を観察できます。テーブルトッが見えるものではありませんでした。全周 360°

プには作業の邪魔となる表示装置が一切ないのから観察可能な 3D ディスプレイ技術も提案さで、従来と同じように 3D 映像の隣で書類を交れていますが、それらはテーブルに置かれたガ

わしたり、模型をそばに置いたりすることもできラスケースの中に表示するような仕組みであり、ます（図 1）。

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

いろいろな方向から観察すると違った見え方を

基盤技術

fVisiOn で提案する方式では、何もない平らなⅢ 未来に、テーブルトップに表 示された 3D 映 像は、その表示装置がテーブルトップでの自由な作業を邪魔してしまうことが問題でした。また、より௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

133

Ⅱ

何
: もな い テ ー ブ ル の 上 に 浮 か ぶ

f
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映像の作り方／吉田 俊介

3
D

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術
fVisiOn を実現する技術難しかったのですが、すり鉢状のアクリル円錐に糸状のレンズを巻くという工夫で、必要な光学性

現実世界の物体は、両目が左右に離れている能を得ることに成功しました。

ので、それぞれの眼には少しずつ違う見え方で写現在の試作機では、テーブルトップから 5cm

ります。この見え方の差が立体を感じる要因のひほど飛び出した 3D 映像を周囲から観察できまとつです。fVisiOn では、円状に並べた多数のプす。例えば、3D 映像のウサギでは、頭側から見ロジェクタを使って様々な方向へ向かう光線群

る人と尻尾側の人では見え方が異なり、テーブルを大量に作り出し、それらの進み方をうまく制御に落ちた影もウサギの模型がそこあるかのようする光学素子を使うことによって、見る方向で見に見え方が 変わります（図 3、４）。静止画だけ

え方が変わる映像をテーブルトップに表示しまではなく動画も再生可能で、実物の模型ではです。これにより、立体的な映像として両目で知覚きない動きのある情報提示が可能であることもすることができます（図 2）。

fVisiOn の利点のひとつです。

fVisiOn の研究では、テーブルトップに適した
今後の展望（作業の邪魔にならない、斜め上からの観察に対応する、特別なメガネがいらない、みんなで使える）新しい 3D 映像の再生技術の考案に加え、そ試作機はまだ生まれたての状態であり、3D 映れを実現するための技術開発に困難が伴いまし

像の品質は今後さらに改良を加えていきます。用た。特に再生原理を実現する光学素子の作製が意できたプロジェクタの数の制限（100 台強）か

横からみた図上からみた図視点

プロジェクタ（円状配置）

バーチャルな点光源
拡散光

光学素子（すり鉢状スクリーン）プロジェクタ（円状配置）
図2

134

視点

fVisiOnにおける3D映像を再現する原理・横 から見た図のように、プロジェクタから投射された光線を、光学素子は垂直方向には拡散して、テーブルの周囲、斜め上方向の視点へ光を向ける。
・一
 方、光学素子は水平方向には光線を拡散させずにそのまま直進させる。
・そ のため、テーブルの周囲のある視点では、複数のプロジェクタから放たれた映像の一部（スリット状）がそれぞれ横に連なって1つの映像として観察される。
・ 別の視点では、それぞれ別の一部が連なった映像が見えるため、観察方向ごとに異なる映像を見せることができる。
・ この原理によって、観察方向に応じたそれぞれ異なる見え方が再現されるので、両目で見たときに3D映像として知覚される。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

図3 fVisiOnで再生された3D映像の写真
上段: 左からティーポット、おもちゃのアヒル、頭蓋骨
下段: 3D映像のウサギと手前に置いた実物の折り鶴を異なる角度から撮影

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

ら観察範囲も今は 130°程度です
が、360°からの観察へ拡張可能
なことは原 理 的に確認できました。3D 映像の全周化は次の試作で試みたいと思います。

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

fVisiOn は 従 来 からのテーブ
ルトップ作業に親和性の高い 3D
映 像 技 術です。これまでに述べたようなテーブルを 介した 議 論
や作業といった産業用途だけではなく、平面ではわかりにくい身図4 机の上に鏡を置いた場合の写真
	鏡に映り込んで見える像が、実物と同じように、3D映像も反対側から見た様子になっていることがわかります。

普段の生活で利用しているテーブルにさりげな者さんとのコミュニケーションなど医療の場面

く 3D 映像を加える、それが fVisiOn の目指す

でも役立つでしょう。また、提案技術は斜め上究極の形です。

I
C
T

基盤技術

とで、お医者さんたちの手 術の事 前検 討や患Ⅲ 未来

体の構造を立体的に表現するこからの観察に最適化されていますので、3D 映

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

像の地図を使った防災訓練や、交 通管制などにも有効です。さらには、家族みんなで楽しめる 3D 映像のテーブルゲームや、将来的に大型化が できれば 3D 映 像のサッカースタジ アムといったエンタテインメントへの応用も広がり
ます。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

135

Ⅱ
実世界とクラウドをつな ぐ
インフラ／金 京淑・村上 陽平

ICT

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

実世界とクラウドをつなぐ
ICTインフラ「クラウド上の多種多様な情報サービ
スと、実世界の大規模なセンシング
データを連携させることで、実世界に有用な情報を提供するシステムの構築を可能にする ICT インフラを研究開発しています。」

金 京淑（キム キョンスク）ユニバーサルコミュニケーション研究所
情報利活用基盤研究室 研究員
2007 年韓国釜山大学自然科学研究科電子計算学博士取得。2007 年 11 月より NICT 知識創成コミュ
ニケーション研究センター知識処理グループ有期研
究員、2010 年 8 月に同研究員を経て、2011 年より現職。時空間データベース、時空間データマイニン
グに興味を持つ。日本データベース学会会員。

村上 陽平（むらかみ ようへい）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
情報利活用基盤研究室 主任研究員

2006 年京都大学大学院社会情報学専攻博士課程
修了。博士
（情報学）
。電子情報通信学会サービスコン
ピューティング研究専門委員会委員長を務める。

136

データ、社会を反映した新聞記事データや 20 億Ⅰ−１
光ネットワーク技術

研究の背景

ページの Web コンテンツ、実世界の環境の観測
グラム処理を情報サービスとして提供するクラウが増している Big Data 間の相関関係を発見すドが普及しています。クラウドは、サーバの CPUることで、分野間のギャップを越えて、様々な出やハードディスクといったハードウェアの提供か

来事や現象に関連するデータを横断的に検索・ら、サーバ上で動作しているプログラムやデータ統合することを可能にします。たとえば、単純なといったソフトウェアの提供まで多岐にわたって

時空間（位置・時間）の相関関係を使い、台風やいます。このようなクラウド環境を用いて、実世地震などの自然現象の観測データと、新聞記事

界の情報をセンサーやモバイル端末上のアプリ

や Web コンテンツなどの社会の観測データを

ケーションから収集して、多様な情報サービスと横断的に繋ぐことで、自然現象が人々の日常生活

適切に組み合わせることで実世界に有用な情報にどのような影響を与えたかをより詳しく、分かを提供するサイバー・フィジカル・システムが注りやすく伝えることができます。

Ⅰ−２

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

データ（降水量、風速、震度等）など近年重要性

ワイヤレスネットワーク技術

近年、インターネットを介してサーバ上のプロ目されています。我々の研究室では、このような多様な情報サービスの連携

実世界とクラウドを繋ぐサイバー・フィジカル・
システムを実現するための ICT インフラの研究
フラを用いて、実世界の多種多様な Big Data を技術では、大規模データ管理技術によって提供

収集し、その関係性を分析して配信することでされる検索サービスとデータ分析サービスを組

実世界のアウェアネスを高めるサイバー・フィジ

み合わせることでクラウド上の新しい情報サー

カル・データクラウドの実現を目

Ⅰ−４

図 1 に示す ZODIAC の 情 報サービ ス 連 携

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術開発に取り組んでいます。さらに、この ICT イン

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

指しています。この ICT インフラ
は、それぞれの大規模データや情報サービスのギャップを埋め、ユーザの要求に応じて適切に連 携させる基盤ソフトウェア「ZODIAC（Zero-gap Orchestration for

Ⅲ 未来

Data Intensive Actionable
Collaboration）」と、ユーザに情報サービスを効率的に届けるネッ

基盤技術

I
C
T

ト ワ ー ク「Service-Controlled
Networking」から構成されます。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

異種・異分野 Big Data の検索
図 1 に 示 す ZODIAC の 大 規
模データ管理技術では、様々な研究機関が持つ幅広い分野の科学

図1

ZODIACの役割௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

137

Ⅱ
実世界とクラウドをつな ぐ
インフラ／金 京淑・村上 陽平

ICT

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ビスを実現し、災害など刻々と変化する状況を

情報サービスを届けるネットワーク

分析するアプリケーションの構築を容易にします。情報サービスの連携では、情報サービス間

図 2 に示す情報サービスによるネットワーク

で交換するデータの形式や、情報サービスの利制御技術（Service-controlled networking）

用手順にギャップが生じます。これらのギャップ

は、クラウド上の情報サービスの連携プロセス

は情報サービスが多様化し、環境の変化が激しに連動してネットワークの構成を柔軟に変更しま

くなるにつれてより顕著になります。情報サー

す。特に、データの大規模化・情報サービスの複ビス連 携技 術は、データ間の依存関係に基づ雑化による新しい要求に応えるために、従来のイ

いてデータ形式の変換を行い、環境の変化に基

ンターネットよりも高い処理能力と拡張性を備

づいて情報サービスの切り替えを行うことで、えた「新世代ネットワーク」を活かし、膨大なデー

これらのギャップを越えて情報サービスの連携

タを処理したり、多種多様な情報サービスを組を可能にします。たとえば、降水量や河川の水み合わせたネットワーク構成をプログラムで調整

位、交通状況などの様々な環境センサーサービ

することができます。これにより、災害などによスと、Twitter などのソーシャルサービス、翻訳

りネットワークが混み合ったり、遮断されたりとサービスを連携させることで、災害状況やユー

いった既存システムで想定していない事態が発生

ザに合わせてアナウンス内容や言語、伝達方法

した場合でも、ユーザが素早くデータを収集し蓄をリアルタイムに自動的に切り替えることがで積できるように専用の連携ネットワークをオンデきます。

マンドに構成することができるようになります。
今後の展望
この ICT インフラによりクラウド上の情報サービスと Big Dataの効率的な連携が可能になること
で、実世界の観測データから実世界の状況を多面的に分析するアプ
リケーションの開発が促進される
ことが 期待されます。たとえば、
Stream Concordance（ストリー
ムコンコーダンス）は、Twitter 上の意見を分析するアプリケーショ
ンです
（図 3）
。Twitter 上に流 れるツィートを意見分析サービスで肯定、否定に分 類し、ツィート内に出現するキーワードで整列させることで、社会の中でそのトピッ
クがどのように語られているかを

図2

138

情報サービスによるネットワーク制御技術

リアルタイムで把握することがで光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図3

Stream Concordanceを超高精細大画面に写し出した例（“TPP”を含むツィートを整列）きます。このようなアプリケーションの開発を加Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術速させるためにも、現在、世界中の科学データの共有を図っている国際科学会議（ICSU）による
世界科学データシステムの WDS（World Data
System）と連携して、利用できるデータや情報サービスの拡充を進めています。また今後はこのICT インフラを用いて「知識・言語グリッド」と呼Ⅲ 未来

ばれるユーザ参加型のテストベッドを公開することで、参加者によるデータや情報サービスの共有を可能にし、互いの情報サービスの利活用を促

基盤技術

I
C
T

進していく予定です。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

139

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

世界中の人々が母国語で外国人と対話できる多言語音声翻訳技術／隅田 英一郎・柏岡 秀紀

世界中の人々が母国語で外国人と対話できる多言語音声翻訳技術－スマートフォンに話しかければ自動的に通訳するソフトウェア「VoiceTra」－「ス マ ー トフ ォ ン の 33 台 に 1 台にダ ウン ロ ード さ れ 利 用 さ れ た
NICT の多言語音声翻訳アプリの技術と評価、今後の展開について説明します。」

隅田 英一郎（すみた えいいちろう）

柏岡 秀紀（かしおか ひでき）

京大、IBM、ATR、NICTと居場所を変えつつ、もう四半世紀も自動翻訳をやっているロートルですが、今が一番楽しいですね。研究の進展が凄く速く、技術移転も好調だからです。自動翻訳は、アカデミックでもビジネスでも、かつてない熱いステージに達しました。
一方、文脈処理や同時通訳等の大物課題もしっかり残っています。
次の四半世紀もワクワクものです。皆さん、一緒に楽しみませんか？

コンピュータと自然に会話できる世界を作ることに関われればと思い、音声翻訳、音声対話の研究をしています。大学を卒業した
頃は、携帯電話は、珍しいものだったのに、今ではみんな持っているのが当たり前のようになり、想像以上に音声翻訳、音声対話が身近なものになりつつあります。突拍子もないことでも、すぐに当たり前になるかも、そんな研究がしたいと思っています。

ユニバーサルコミュニケーション研究所
多言語翻訳研究室 特別招へい研究員・室長

140

ユニバーサルコミュニケーション研究所
音声コミュニケーション研究室 室長

きます。電話をかけるときのようにスマートフォン

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

ボ イ ス ト ラ

VoiceTra とその背景を耳元に近づけると短時間振動するので、これを合図に音声を入力すると、翻訳結果が音声で返っ「訪課題です。例えば、
政府の『新成長戦略』 ではてきます。図 1 の 1 番目の窓はシステムが認識し日外国人を 2020 年までに現在の 3 倍の 2,500た（聞き取った）結果、3 番目の窓が 翻訳結果で万人（経済波及効果 10 兆円、新規雇用 56 万人）

す。2 番目の窓は、「逆翻訳」（翻訳文を元の言語ににする」としていますが、公共交通、宿泊施設、飲逆に翻訳する）の結果で、これを見て正しく翻訳で

食店での外国語対応の遅れが、訪日外国人の最きたかどうかを確認できます。VoiceTra は 2010

大の不満となっています。

年 8 月に公開し、2012 年 3 月時点で累計 60 万

＊1件を超えるダウンロード数を記録しています。日では、多言語音声翻訳ソフトウェアの研究・開発

本人の200人に1人が利用者であり、日本のスマーを進めています。その成果として、音声翻訳ソフ

トフォンの 33 台に 1 台にダウンロードされた計をスマートフォン用に公開算になり、音声翻訳技術を多数の方に知っていたしました。無償でダウンロードできるこのアプリ

だくことができました。さらに、後述するように、

ケーションを使えば、例えば、図 1と図 2 の組み

民間事業者と事業化が始まり、NICT 技術が社会合わせで示したような日本語と英語の対話がでに還元された代表例の 1 つになっています。

トウェア VoiceTra＊2

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

このような「言葉の壁」を克服するため、NICT

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

言葉の壁はボーダーレス社会において大きな

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
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例（日英翻訳）図2

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

左図の応答例（英日翻訳）௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

141

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

世界中の人々が母国語で外国人と対話できる多言語音声翻訳技術／隅田 英一郎・柏岡 秀紀

VoiceTra の技術

語と英語の対訳文から学習された翻訳モデルを用います。次に、語順を英語に合わせるため、●「基本の」
音声翻訳技術

大量の英語のテキストから学習される 3 つ組

 図 3 は、日本語音声が認識されて日本語文の単語列の生起確率から英語として適切な単章となり、さらに英語文章に翻訳され、英語音語列を求め、それを音声合成部に送ります。音

声に合成される例を表しています。音声認識モ

声合成部では、まず、英語の単語列にあわせてジュールで、多くの話者の音声データから構成

発音、イントネーションを推定します。次に、そされた音響のモデル（モデルは音声の要素であれにあう波形を、大量の音声から学習された

る音素ごとに構成）と、入力音声との照合が行

音声特徴量に合わせてフレームと呼ばれる時

われて、音素列に変換されます。次に、この音間単位で作り、それらを接続して音声合成を行

素列は、かな漢字で表記される単語列確率
（言

います。

語モデルと呼ぶ）を最大化するように変換され

 図の下方にある大 規模コーパス（日本語のます。この変換では、日本語の大量のテキスト

データや対訳文や英語の音声のデータなど）をから学習された、3 つ組の単語列の生起確率基盤にして、そこから自動的にシステムを構築をもとに、適切な単語列を求めます。これをさするため、コーパスベースの技術と呼ばれます。

らに翻訳モジュールで、日本語の単語列が対応● ネットワーク型の「音声翻訳技術」と実用化する英語の適切な単語の選択、および語順の入れ替えが行われます。日本語の単語列に対 さらに、前述の基 本 技 術を無線 通信を活応する英語の単語列を選択するために、日本用したネットワーク型にしました。単一のコン

日本語「駅はどこですか」

音声認識

翻訳

音声合成

声を文字に

日本語を英語に文字を声に

eki w a d o kodesuka

駅はどこですか142

the station where iswhere is the station

声を聞き取って文字に変換

日本語の辞書に合わせて文字を並び替えコンピュータにある
たくさんの辞書から同じ意味の英語を探す

英語の文法に合わせて自然な
英語に変更

コンピュータの言葉を声に変換

日本語の
声のデータ

日本語の
データ

日本語と英語の対訳辞書・対訳コーパス

英語の
データ

英語の
声のデータ

大規模コーパス

図3

英語“Where is the station”

音声翻訳の概略

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

北
京
語
台
湾
華
語

タ
イ
語
タ
ガ
ロ
グ
語
ベ
トナ
ム
語

韓
国
語
マ
レ
ー
語
オ
ラ
ン
ダ
ポ
語
ル
トガ
ル
語
ブ
ラ
ジ
ル
語
ロ
シ
ア
語

英
語
ス
ペ
イ
ン
語
フ
ラ
ン
ス
語
ヒ
ン
デ
イ
ィ語
ン
ドネ
シ
ア
語
イ
タ
リア
語

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

ア
ラ
ビ
ア
語
ドイ
ツ
デ
語
ン
マ
ー
ク
語

100
80
60
40
20
0

図4 翻
 訳率の比較（広く利用されているソフトウェア（黄色）とNICTのソフトウェア（紺色）と比較。縦軸が日本語への翻訳率。横軸が翻訳元の言語）ピュータ内に閉じた実装では得られない可搬● 翻訳ソフトウェアの性能

ま す が、そ の 翻 訳 能 力としては、おおよそできました。①利用者端末を 100g 程度に軽TOEIC600 点 の人 に 相 当しま す。VoiceTra

くできるので可搬性が高くなり実用性が増しの特徴は、多言語対応であると同時に高品質ました。②サーバはハードの制限がほぼないな点にあります。図 4 のグラフは、日本語へのので、言語や語彙の拡張性は大きく、利用デー

他の 20 言語からの翻訳について、広く利用さタに基づく自律的な性能改善が可能になりまれている多言語ソフトウェア（黄色で表示）とした。実際に、VoiceTra の利用データの一部

NICT のソフトウェア（紺色で表示）と、翻訳率を利用し音声認識の改善を行ったところ、対（翻訳者が評価した意味が通じる率）で比較し象言語により差はありますが、5%から 10%、

たものです。

精度が向上できました。

Ⅱ

音声翻訳研究の今後

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

 NICT と成田国際空港株式会社（NAA）は

Ⅰ−４

など特有の効果で、実用化を加速することがⅠ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

 VoiceTra は 旅 行 会 話 を 対 象 と し て い

ネットワークセキュリティ技術

性、言語や語彙の拡張性、自律的な性能改善

2010 年 10 月 4 日から 2011 年 2 月 25 日
国際空港に関連する固有名詞（エアライン名、れましたが、VoiceTra は、同技術がついに実用

観光地名、駅名、商品名等）1,600 件を追加化に至った、大きな成果の 1 つです。しかしながし、従 来、語 彙の不足から「穴のカウンター

ら、現在の音声翻訳技術には、長い文に対応では何処ですか？」と誤認識されていた音声もきないこと、文脈を理解できないこと、などの課「ANA のカウンターは何処ですか？」と正し題があります。NICT は、これらの困難な研究課

く認識・翻訳が可能となりました。NAA は、

題に取り組み、ニュースや会議の同時通訳というネットワーク型の「音声翻訳技術」が外国人と次の大きな夢の実現を目指しています。

I
C
T

基盤技術

音声翻訳技術は 1986 年に基礎研究が開始さ

Ⅲ 未来まで、商用化検証実験を実施しました。成田の「言葉の壁」解消のソリューションとなるとⅣ 電磁波センシング基盤技術

判 断し事 業化に着手し、2011 年 12 月末に
アプリケーションを旅行者のスマートフォンにダウンロードするサービスを開始しました。
VoiceTra は本件を含め 4 社に技術移転されました。

＊１ http://www.kantei.go.jp/jp/sinseichousenryaku/＊2	http://mastar.jp/translation/index.html

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

143

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

情報分析技術／風間 淳一

情報分析技術－大量の情報の中から価値ある情報を見つける－

風間 淳一（かざま じゅんいち）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
情報分析研究室 主任研究員
2004 年に東京大学大学院を修了し、博士（情報理工学）を取得しました。その後、北陸先端科学技術大学院大学の助教を経て、2008 年から NICT に勤務しています。
専門は自然言語処理で、機械学習や確率モデルの自然言語処理への応用の研究を行ってきました。プライベー
トでは（最近はあまり行くことができませんが）釣りをしたり、けいはんな周辺の色々な名所を巡ったりしています。また、最近、家庭菜園を始めて、北陸先端大時代に知って好きになった加賀野菜の「金時草」を植えたりしています。

「大量の情報の中から価値ある情報を見つけるために私の所属する情報分析研究室で研究開発を行っている
様々な技術、特に質問応答システム『一休』
について紹介します。
」

144

は、
「言い換え認識」という技術が鍵となっていⅠ−１
光ネットワーク技術はじめにます。私たち人間が使う言語では、同じ意味を表すために様々な表現を使うことができます。

発信や検索の技術の発展には目覚ましいものが様々な言い方をされている所から回答を抽出すあります。しかし、現状で十分満足でしょうか。

るために、この言い換え認識の技術が重要とな

今でも、Web 検索の結果はページが単純にラります。また、「推論」といういわば「計算機に考ンキングされてリストアップされるだけで、検索えさせる」技術を使って、Web に直接的に書かする人が元々欲しかった情報を手に入れるためにれていない回答を導くことも可能です。
ちなみに、我々がいるユニバーサルコミュニ

か方法がありません。私の所属する情報分析研

ケーション研究所からほど近い京都府京田辺市

究室では、このような現状に満足せず、大量の情にはとんちで有名な一休和尚（一休さん）が晩年報の中から価値ある情報を見つけるための様々を過ごしたお寺が 有ります。
『一休』という名前

な技術の研究開発を行っています。

は、一休和尚のようにどんな難問でも答えられる

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

は、リストアップされたページを順に見ていくし

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

近年のインターネットの発達と、そこでの情報

ようにという気持ちを込めてつけられました。
質問応答システム『一休』

図 1 は、『 一休』による質問応答の例を示した
画面です。
「脳梗塞を防ぐものは何ですか？」と異なる点は、入力が文であることと、結果が「答

回 答 は、『 一 休』が 用いている約 6 億 ページのえ」の端的な列挙であるということです。このこ

Web データの中にははっきりと簡単な形ではとから分かるように、通常の Web 検索よりも一書かれていません。
『一 休』は、Web 上の別々段高度で、「価値ある情報の発見」という私たちののところに書かれていた「ダークチョコレート

目的にかなった技術です。実は、質問応答の研究

は、動脈硬化を防止する働きがある。
「」心臓病

は古くから行われてきましたが、つい最近まではや脳梗塞などの原因になる動脈硬化は．．．」と実用には届かない難しい技術ととらえられてきまいう 2 つの情報を自分で考えて組み合わせるこした。しかし、最近の技術の進歩で、かなり実用とで「ダークチョコレートは脳梗塞を防ぐ」といに近いところまで来ています。Web 上の大量のう回答を導き出したのです。最 近、アメリカのデータや、Wikipedia などのある程度組織化さ有名なクイズ番組で質問応答システムが人間のれたデータから、必要な知識を自動で抽出する

チャンピオンに勝ったというニュースがありま技術が大きく進歩したためです。

した。それでも、そこで用いられたシステムには、『 一休』のような進んだ推論の機能はありま

様々な技術を応用して、『一休』という質問応答せんでした。
『一 休』は、この点で、一歩進んだシステムを開発しています。このシステムの特徴

質問応答システムと言うことができます。我々

は、Web に書かれていることであればおおよ

は、人間が行うような推論、つまり機械に考え

そどんなトピックに関する質問でも回答を返すさせる技術が、次世代の情報システムにおいてことができるということです。音声入力機能を

特に重要になると考えて、研究開発を進めてい備え、スマートフォン上で動作します。技術的に

ます。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

我々の 研 究 室でも、これまで 開 発してきた

I
C
T

基盤技術

ています。実 は、「 ダークチョコレート」というⅢ 未来

列挙する技術です。通常の Web 検索と大きく

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

トウキナーゼ」「 アスピリン」などの回答がされⅡですか」のような質問文に対して、答えの候補をⅠ−４

いう質問に対して、「 ダークチョコレート」「 ナッ

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

質問応答とは、ユーザが「脳梗塞を防ぐのは何

145

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

情報分析技術／風間 淳一

私も含めて、研究室の研究者は、開発のため

思いつくことはその分野の素人ではかなり難しに日々『一休』のシステムを試していますが、通いということです。もしかしたら、専門 家でも常の Web 検 索では到底 見つけることが でき

難しいかもしれません。

ない意 外で 価 値ある情 報を見つけ、それを自このように見てくると、現在の通常のインター

分 の 生 活に実 際に活かすという経 験をしていネット環境では、いかに多くのことがまだ可能にます。例えば、「 味 噌 汁に何を入れますか？」となっていないかが分かると思います。私たちは『一いう質問に対して「チーズ」を見つけて試してみ休』の例で示したような、価値ある情報の発見をたりといったことです。もう少し真面目な例を

効率的に行うことができる技術を開発し、普及さ挙げると、「 デフレの原因は何ですか」という質せたいと考えています。これにより、社会生活を問に対して、『 一 休』は、大きな利益を上げ てい

さらに大きく進歩・進展させることができると考るある大企業を意外な答えとして挙げました。

えています。

Web でさらに調べると、その企業が 莫大な利益を内部で貯金し社会に還 元しないためであ

耐災害情報技術るという根拠を見つけることができ、またその後、雑誌に同主旨の記事が発表されました。こ2011 年 3 月 11 日に発生した東日本 大 震 災

れらの 例で重 要なことは、味 噌 汁 の具として

では、Twitter をはじめとする情報技術の可能

チーズを、デフレの原因としてその企業を自ら性が強く認識された一方で、大量に飛び交う情図1 『一休』による質問応答の例

146

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

報から状況を正確に把握し、救援や復興に役立てることがいかに難
しいかを痛感させられました。結局のところ、私 たちには「必要な情報を必要な人に届ける」技術のワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

準備が十分にできていなかったのです。それが、大災害という極限状態になって露呈しました。あらためて、私たちが目標としてきた技術が必要とされていると感じています。情報分析研究室では、「宮

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

城県で孤立しているのはどこですか？」といった災害時の質問に答えることが可能なシステムや、様々な事実や意見を分析して、多様な観点を考慮した冷静な判断を助けきます（図 2）。
おわりにⅠ−４

図2 「耐災害一休」プロトタイプによる質疑応答の例

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

るシステムなどの開発を進めていⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

今、日本は原発、デフレなど難しい問題が山積みですが、そうした問題の解決の道筋はいくら
Web 検索を使ったり、新聞を読んだりしてもな
かなか分からないというのが多くの人の実感ではないでしょうか。現状の研究開発はまだ、そのレベルには達していませんが、将来的には、色々Ⅲ 未来な人が書いている解決の道筋を可能な限り見つけ、分かりやすい形でまとめるといった技術にも繋げて行きたいと思っています。

基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

147

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

五感を伝える多感覚統合 ・ 評 価 技 術 ／ 安 藤 広 志

五感を伝える
多感覚統合・評価技術－自然でリアルな遠隔コミュニケーションを目指して－安藤 広志（あんどう ひろし）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
多感覚・評価研究室 室長

京都大学にて学部
（物理学）
・修士課程
（実験心理学）を修了後、渡米し MIT 脳・認知科学科にて Ph.D
（計算神
経科学）
を取得、
その後、国際電気通信基礎技術研究所（ATR）に入社、主任研究員、研究室長を経て、2006 年
より NICT の超臨場感プロジェクトに参画。心理物理学、認知脳科学、
多感覚インタフェース等の研究に従事。
趣味は、自然の風景写真やスナップ写真を撮ること。

148「五感による自然でリアルな情報通信の実現を目指して、多感覚情報の統合
提示技術、人の知覚認知メカニズムに基づく臨場感の定量的・客観的
評価技術の開発を進めています。
」

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４
図1

多感覚インタラクションシステム（MSenS）

図１は、立体 映 像、立体音 響、感 触、香りと味覚といった五感の感覚器官を通して、外界でいった多感覚情報を統合してユーザの動作に合何が生じているのかを瞬時に理解しています。しわせて提示する多感覚インタラクションシステム

かし、現在の情報通信技術では、立体映像、立体（MSenS）
を示しています。このシステムを用いる

音響、感触、香り等の五感情報を統合し人に自と、立体で提示されたバーチャルな物体映像をあ然に伝えることはできず、遠隔地にいる人とも実たかも実物体のように自由に操れて、表面の凹

際の対面（face-to-face）のような自然なコミュ

凸・ざらつきや柔らかさといった、触れた時の感

ニケーションを行うことはできません。

触も自然に伝わります。このような感触は、あら通信の限界に挑み、実世界でのコミュニケーション

り計測し、物体のモデルを計算機に構築・保存のように、五感による自然でリアルな情報通信を可しておき、物体の立体映像を力覚提示装置のペ能にするための多感覚技術の研究開発にチャレンンで触れると、ペン先の位置をセンシングして、ジしています。また、多感覚の情報を人に違和感やモータが３次元的な力をペンに発生させること不快感を与えずに、人にとって快適で心地よい情報で生成されます。

を伝えるために、人が感じる臨場感を定量的、客観

また、物体に触れると、その部分の材質（金属、的に捉える測定・評価技術を開発し、人の知覚認知

木、皮等）
特有の接触音が、触り方（こする、叩く等）

メカニズムを明らかにする研究を行っています。

に応じてリアルタイムで生成されます。人が音場௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

かじめ実物の表面構造を３次元デジタイザによ

基盤技術

多感覚・評価研究室では、このような現在の情報

Ⅲ 未来

私たちは、視覚、聴覚、触覚（体性感覚）、嗅覚、

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

多感覚インタラクション技術

Ⅱ

研究の狙い

149

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

五感を伝える多感覚統合 ・ 評 価 技 術 ／ 安 藤 広 志を感じる仕組み（音の頭部伝達関数）に基づき、隔会議や遠隔医療、災害時の遠隔操作等に役立頭の外に拡がる立体音をヘッドホンで聞くこともてていきたいと考えています。

できます。さらに、私たちが開発した超小型香り
噴射装置「マイクロ・アロマ・シューター」
を用いて、異なる種類の香りを映像や音・感触とともに提示することができます。香りは、一旦空中に広く一方、多感覚情報を人に安心・安全に伝えるた

拡散してしまうと排除するのが困難になるため、めには、人の知覚認知メカニズムを明らかにし、香りの噴出を時空間制御して、香りを含む少量の多感覚情報が人に与える効果をできるだけ定量

空気を鼻にめがけて短時間だけ提示しています。

的に測定する必要があります。私たちは、眼鏡を

このような多感覚技術を用いて、通常は触れ必要とする３D テレビの視聴が人の疲労に与えるることのできない貴重な文化財（国の重要文化財

影響を調べる心理・生理評価実験を被験者 500「海 獣葡萄鏡」、正倉院宝物「銀 薫爐」等）や科学

名に対して大規模に実施しました
（図２）
。また、

データ
（小惑星イトカワ等）の五感体験など、さま人の知覚認知を定量的・客観的に測定・評価す

ざまな多感覚コンテンツの制作に取り組んできる新しい技術の開発も進めています。

かいじゅうぶどうきょうぎんくんろました。今後は、さらに、遠隔地の五感情報をリ

その 1 つの方法は、心理物理測定による人のアルタイムで伝える多感覚通信技術を開発し、遠知覚の定量的評価です。これは、感覚刺激の物理

図2

150

多感覚情報の知覚認知メカニズムと評価技術

眼鏡あり3D映像の心理・生理評価実験

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図3 超広視野立体映像提示装置を用いたfMRI脳活動評価実験との対応関係を定式化しようという手法です。私評価する技術を開発することにより、人に最適にたちは、人が感じる物体の質感の定量的測定を

多感覚情報を伝えるための技術要件を明らかに試み、立体や動きの情報が物体表面の光沢知覚

し、多感覚技術利用に関するガイドライン策定やに大きく影響することを明らかにしました。

国際標準化に寄与していきたいと考えています。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

このような人の知覚認知を定量的・客観的にⅡ

パラメータを厳密に制御し、物理情報と知覚反応

人の知覚認知を定量的に捉えるもう1 つの方Ⅲ 未来法は、脳活動計測です。心理物理測定では、刺激と反応の対応だけから知覚認知の仕組みを探ることになりますが、脳活動計測では、直接、脳の

基盤技術

I
C
T

中で生じている現象を捉えることができます。私たちは、光沢感が脳の中で生じる仕組みを fMRI

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術（機能的磁気共鳴撮像法）
により明らかにしてきました。また、MRI 装置の高磁場・狭空間でも使用できる超広視野立体映像提示装置の開発に世界で初めて成功し、水平視野角 100°の立体映像が人に与える包囲感・没入感の脳内メカニズムの解明を進めています
（図３）
。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

151

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

大量の情報を蓄え研究を支える情報基盤技術／岩爪 道昭

大量の情報を蓄え研究を支える情報基盤技術－ビッグデータ時代のI/O指向ハイパフォーマンスコンピューティング－

岩爪 道昭（いわづめ みちあき）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
統括

奈良先端科学技術大学院大学修了後、日本学術振興会特別研究員、近畿大学理工学部助手、理化学研究所脳科学
総合研究センター研究員を経て、2005 年 NICT 入所。内閣府（総合科学技術会議事務局）
出向等を経て、2011 年より現職。知識ベースシステム、Web 情報処理、
オントロジー
工学などの研究に従事。博士
（工学）
。趣味は、
ジャズギター、
ルアーフィッシング、キャンピング、アウトドアスポーツ全般。
最近は、１歳半の娘と戯れることと、メタボ解消に始めたランニングに夢中。現在の目標は、フルマラソン完走。

「ユニバーサルコミュニケーションの実現に向けて、40 億ページ以上の	Web アーカイブ をはじめとする
大量の情報を収集、蓄積可能な大規模情報基盤の研究開発について紹介します。
」

新型データセンターを背景に、研究所長命で編成された企画室共通基盤チームのメンバーとともに。
左から、原口弘志専門研究員、田中康司有期技術員、岩爪道昭統括、泥谷誠専門研究員、岩瀬高博特別研究員、藤井秀明専門研究員

152

たどるだけの極めて単純なものですが、ネット上

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

背景にはスパムページや重複サイト等が多数存在します。また、ほとんど更新されない情報もあれば、ングスと呼ばれるネットワークに接続されたセニュースのように頻繁に更新されるものもありま

ンサー、自動車等あらゆるモノから非定型かつす。一方でネットワーク環境や取得先の Web サイ

大量のデータがリアルタイムに生成されるようトに過度な負荷をかけないよう十二分な配慮も不になってきました。このようなデータは、短期間可欠です。
当研究所では、第 2 期中期計画（平成 18 ～タ量に達することもあり「ビッグデータ」と呼ば22 年度）において開発された情報分析システ

れています。ビッグデータの集積、有効活用は、

ム WISDOM の情報基盤として、Web クロー

2012 年 1 月のダボス会議 においても、議題

ラを開発、運用してきました。同クローラでは、に取り上げられるなど、ICT 分野にとどまらず、

1 日に最 大 約 1,000 万ページの Web 文 書をグローバルな新しいビジネスサービスやイノベー

収 集することが でき、約 10 億ページの Web

ションのフロンティアとして経済界においても期文書を集積しています。第 3 期中期計画では、待と関心が高まっています。

研究所 全体の研究開発資源として活用可能な＊1

では、ユニバーサルコミュニケーションの実現に向けて、質の高い情報を効率的に収集するため向けて、多言語音声技術や高度な意味処理に基のクローラ制御の高度化、計算機やネットワー

づく情報分析技術等の基盤技術の研究開発に取ク環 境に応じて柔軟にスケールする非同期 的り組んでいます。これらの技術では、大規模なテな並列分散収 集 機能の実現を目指しています

キストデータを収集し、大規模なコーパス や（図 1）。

＊2Ⅰ−４


40 億ページ以上の Web アーカイブの構築に

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

NICT ユニバーサルコミュニケーション研究所

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術に数億～数百億エントリー、ペタバイト級のデー

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

近年、ライフログ、インターネット・オブ・シⅡ

各種の言語資源 を整備することが不可欠です。
＊3

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

私は、インターネット上の大量の情報を効率よく集め、蓄え、用途に応じて高速に取り出すための情報基盤技術の研究開発に取り組んでいます。具
体的には、（1）超高性能クローリ

Ⅲ 未来

ング技術、
（2）大規模分散データストア技術、（3）大規模計算機基
盤構築・管理技術の実証的な研

基盤技術

I
C
T

究開発を行っています。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

超高性能クローリング技術
Web クローラは、ネットワーク
上の情報を自動的に収集するソフ
トウェアの一種です。その実行原
理は、Web 文 書 のリンクを順次

図1

並列分散クローリング環境௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

153

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

大量の情報を蓄え研究を支える情報基盤技術／岩爪 道昭

大 規模 分 散データストア技 術

によっては、データを全てメモリ上に格納すること（分散キー・バリュー・ストア技術）

で、毎秒数万～数十万件のデータストリームにも対応可能な超高速なインメモリデータベース＊5 も数億～数百億エントリー、ペタバイト級のデー実現可能です。

タ量に及ぶ大量かつ非定型なデータを研究開発

現在、私は、分散 kvs のオープンソース・ソフやイノベーションのために戦略的に活用するため

トウェアの 1 つである okuyama の開発者、岩には、超高速に蓄え、必要に応じて取り出す仕組

瀬高博氏
（
（株）
神戸デジタル・ラボ）
と共同で、
ビッ

みが不可欠になります。しかし、従来の関係デー

グデータ時代に対応した大規模データストア技

タベースシステム（以下、RDBMS）
は、このような術とそれに基づく大規模 Web アーカイブ構築

用途には必ずしも適しておらず、仮に実現しようとの研究プロジェクトに取り組んでいます。

するとハード、ソフトともに高いコストが伴います。
そこで、
近年 NoSQL と呼ばれる新しいデータベー

大 規模計算機基盤構築・管理技術～ I/O 指向ハイス技術が注目されています。NoSQL は、RDBMS

パフォーマンスコンピューティングのように関係モデルに基づく固定的なデータ構
造ではなく、データや計算機資源の増加に応じ

近年、コンピュータのコモディティ化＊6 が急速てスケールアウト＊4 しやすいシンプルなデータ構に進んでおり低価格かつハイスペックな計算機

造とシステムアーキテクチャを採用しています。

資源を利用できるようになってきました。では、NoSQL は、そのデータ構造や検索方式によって多数の CPU や大容量のメモリ、ストレージを搭

ドキュメント指向型、カラム指向型、キー・バリュー

載した計算機をただ沢山並べれば首尾よく問題型などのタイプがありますが、私の研究では、非は解決するのでしょうか。

定型なネット上の収集、蓄積により適した、分散問題はそれほど単純ではありません。スパコン

キー・バリュー・ストア（以下、分散 kvs）
を採用しています。分散 kvs は、データを格納する「データノード」、
多重化されたデータノードを管理するとともに、分散
kvs へアクセスするインタ
フェースを提 供 する
「マス
ターノード」、
アプリケーションから分散 kvs にアクセスするための「クライアント」
から構 成されます（図 2）。
これによりデータや計算機
資 源の増加に応じた柔軟なデータノードの追加や自動障害復旧が可能となるほか、取扱うデータのサイズ

154

図2

分散キー・バリュー・ストア概要

光ネットワーク技術

Ⅰ−１に代表されるハイパフォー
マンスコンピューティングの 分 野では、浮 動 小数 点演算をいかに高速に実 行
するかということに主眼がワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

置かれていました。しかし、ビッグデータ時代の到来によって、その様相は一変し、いかに大量のデータを取り扱えるかということが重要になっています。

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

例えば、前述の情報分析システム WISDOM では、1
つの Web 情報はたかだか

図3

大規模計算機基盤構築・管理技術

100 キロバイト程度の小さで取り扱います。この際に、最も問題になるのは、れらの実証的研究開発を通じて、ビッグデータ

演算速度ではなく、ストレージ上に存在する大量の時代の新しいコンピューティング分野を開拓し、データへの書き込み / 読み出し（I/O）の速度です。

ユニバーサルコミュニケーション及び新世代ネッ

特にハードディスクは、どんなに最新の高性能のもトワークの実現に貢献していきたいと考えていのでも、メモリと比較すると10

-5

～ 10

-6

の速度

ます。

Ⅰ−４


立つ情報のハブの実現を目指します。また、こ

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

いものですが、これを数億～数十億件のオーダー

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術になるため、データ I/O の遅延（レイテンシー）がボトルネックとなり、情報システム全体のスルー
プットが上がりません。
膨大なデータを効率よく活用するには、計算機

用語解説
ダボス会議

ドウェア構成はもちろん、分散ファイルシステム、

毎年 1月末にスイスのダボスで開催される「世界経済フォーラム」の年次総会。世界中の知識人、経済・企業のトップ、政治家、学者、
ジャーナリスト等が一堂に会し、世界が直面する重大な問題について議論する。

分散処理フレームワークなどのミドルウェアも一

＊2

コーパス

＊3

言語資源

＊4

スケールアウト＊5

インメモリデータベース＊6

コモディティ化

I/O のレイテンシーを極力最小化するためのハー大規模な計算機基盤を少人数・少コストで運用するための管理技術も非常に重要です（図 3）。

今後ますます重要性が増していくアジアに関する情報を 40 億ページ規模で集積化し、当研究所内外の研究開発及び成果の社会還元に役ICT

自然言語処理を研究する際に利用する辞書などの資源のこと。
サーバの数を増やすことで、サーバ群全体の処理能力を向上させること。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

今後の展望

日本語や英語などの自然言語の文書を大量に集めた言語データのこと。

基盤技術体となったシステム構築技術が不可欠です。また

Ⅲ 未来

＊1

の持つポテンシャルを最大限に引き出すために、

データストレージを主にメインメモリ上で行うデータベース管理
システムのこと。

商品がメーカー、機能、品質等において差や違いがはっきりしなく
なること。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

155

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

人の視覚限界に迫る映像 技 術 ／ 荒 川 佳 樹

人の視覚限界に迫る映像技術－大容量映像データの伝送を可能とする映像伝送技術－

荒川 佳樹（あらかわ よしき）

ユニバーサルコミュニケーション研究所
企画室 専門推進員

1980年早稲田大学大学院理工学研究科機械工学修了。
同 年 松下電 器産 業
（株）
（現 パナソニック（株））入社。
1990年郵政省通信総合研究所（現 NICT）
入所。幾何・
画像・映像情報の研究に従事。工学博士。趣味は森
林浴とサボテン（覇王樹）。現在、「第三の眼」に興味を持っています。

156「21 世 紀の通信は『分身通信』（身 体性拡張 /3 次元遠隔操作通信）です。
その実現の第一歩として、超高精細
3 次元映像技術とその伝送技術を研究開発しています。
」

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図1

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

4K超高精細映像プロジェクタ（左）と4Kカメラ（右）（どちらも世界1号機）

人工知能と人工視覚

2,048 または 2,160 画素の解像度を持つ映像を、ことから、4K2K または 4K 映像と呼んでいます。

です。その中核となるのが、「人工視覚」の実現です。そして、この人工視覚を実現する第一歩とし分身通信と 4K 超高精細ロボットビジョンて、「人の視覚限界に迫る超高精細 3次元映像（画
また、ネットワークを介して分身を実現する分

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術要であると考えています。

Ⅱ像）技術」を研究開発し完成することが、まず重

21 世紀における人類の夢の 1 つは「人工知能」

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

水平解像度が 3,840 ≒ 4,000 ＝ 4K 画素である

身通信（身体性拡張通信、３次元遠隔操作通信）に関する研究開発を行ってきました。図 2 に示す

4K 超高精細映像技術

ように、人の手が持つ機能に近い触覚付き 5 本
指ハンド（両手）を開発し、「分身ロボット」のプロ

1997 年から、現行の HDTV
（ハイビジョン）を

トタイプを 2003 年に完成しました。
べて、体積比および重量比で約 1/20 に小型化

（株）
（現
（株）
JVC ケンウッド、以下 JVC と呼ぶ）

かつ軽量化することに成功しました。図 2 上部は共同研究を行い、HDTV の 4 倍の解像度であに示すように、2005 年に、この小型 4K カメラ

る 800 万画素
（水平 3,840 ×垂直 2,048 画素）

を、分身ロボットの頭部に、ロボットの眼としてを実現した4K 超高精細映像プロジェクタ（2001

搭載しました。人の視力に一段と迫るロボットビ

年、
図1左）および4K 超高精細映像カメラ（2002

ジョンを実現しました。図 3 に示すように、この年、図 1 右）を、いずれも世界に先駆けて世界 1

4K ロボットビジョンが撮像する超高精細映像を号機として完成しました。現行のハイビジョン映用いて、分身ロボットを遠隔から高臨場遠隔操作

像は、水平 1,920 ×垂直 1,080 画素です。このハできるようになりました。

ICT

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術開発に取り組んできました。
NICTと日本ビクター

基盤技術

一方、JVC は、4K カメラを当初（図 1 右）と比Ⅲ 未来

超える超高精細映像技術とその伝送技術の研究

イビジョン映像の 4 倍（4 画面分）である 3,840 ×௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

157

Ⅱ

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

人の視覚限界に迫る映像 技 術 ／ 荒 川 佳 樹

マルチチャネル映像伝送システム

は共同で、2 台の小型 4K カメラを用いて、4K3D 超高精細 3 次元映像カメラを開発しました。
カメラを極

現在、並列 PC で構成されるマルチチャネル映薄型化することにより、人の眼の間隔 65mm にかな

像伝送シスム（オールソフトウエアコーデック）をり近いカメラ間隔 70mm を実現しました。
これにより、研究開発しています。この伝送システムは、図 4眼に自然な 3D 映像を撮影することが可能になりましに示すように、多数の HD 映像（多チャネル映像）

た。
さらに一段と、人の視覚に近づくことができました。

を同時 / 同期伝送することができます。さらに、2010 年 7 月 6 日（火）には、図 4 に示すように、

このシステムでは、超マルチチャネル映像同期伝

NICT 鹿島宇宙技術センター（茨城県）と NICT ユ送を実現していますので、例えば、200 視点を有ニバーサルコミュニケーション研究所（京都府）
をする超多視点 3D 映像（メガネなし裸眼 3D 映

JGN2plus で接続し、マルチチャネル映像伝送シ像）を同期して伝送することも可能です。

ステム 8 チャネルを用いて、4K3D のライブ映像

最近の成果として、伝送ソフトウエアを PC マル

を世界で初めて伝送上映することに成功しました。

チコアテクノロジーに最適化し、PC1台
（1対）
で、4K

さらに、2010 年 11月 2 日（火）には、このマルチ

超高精細映像をソフトウエアのみで伝送することをチャネル映像伝送システムと超高速インターネット

可能にしました。これにより、超高精細映像の伝送

衛星
「きずな」
（WINDS、使用帯域 400Mbps）
を用が手軽に行えるようになりました。一般家庭に 4K

いて、4K3D 映像のライブ伝送にも成功しました。

映像が普及するのもそう遠くないと考えています。

図 5 に示すように、大極殿（奈良平城遷都 1300 年祭会場）の 4K3D ライブ 映像を、WINDS 車載局

4K3D 超高精細 3 次元映像技術とその伝送→ WINDS 衛星→ NICT 鹿島宇宙技術センター地
上局→JGN2plus →けいはんなプラザの伝送経路

2010 年に、図 4 右上に示すように、
NICTと JVC

図2

158

分身ロボット

図3

で、世界で初めて衛星通信することに成功しました。

4Kロボットビジョンの撮像映像 （3D操作グローブを用いて遠隔操作）

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図4

JGNを用いた4K3D映像ライブ伝送実験（2010/7/6）

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図5

WINDS衛星を用いた4K3D映像ライブ伝送実験（2010/11/2）

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

159

ユニバーサルコミュニケーション研究所（けいはんな）

160

情報通信の未来をつくる

研究者たち

Ⅲ

第

章

未来ICT基盤技術
大岩和弘
寳迫 巌
武岡正裕
佐々木雅英
大友 明
王鎮
成瀬 康
今水 寛
平林美樹
岩本政明

Ⅲ

未来ICT基盤技術

量子・超高周波・ナノ・バイオ研究による先端技術確立を目指して
大岩 和弘（おおいわ かずひろ）
未来 ICT 研究所
研究所長

甲子園を目指した高校時代の野球を引きずりつづけ「メ

タボの冷や水」ならぬ草野球に興じる。最近はバットではボールが打てなくなり、面積の広いラケットを頻繁に使うようになった。主戦場も球場からコートに移行中。

「未 来 ICT 基盤技術の研究開発は、
将来の情報通信技術の基礎となる
新概念の創出と新たな道筋を開拓するものです。現 行技 術の延 長ではない 革 新 的 機 能 や原 理 応 用によって ICT の性能と機能の飛躍的向上を目指します。」
はじめに題が今後生じることが予想されています。コミュ
ニケーション技術の観点からの課題は、ユーザにクリックひとつで地球の反対側の情報に一瞬にとって意味のある情報と単なるデータとが区別さしてアクセス、クラウドコンピューティングで大量れずに情報提示が行われていることが挙げられデータをいつでもどこででも容易に操作するなます。技術開発が進んでいるヒューマン－マシン・

ど ICT の技術革新によって私たちの生活は大変

インターフェースにおいても、利用者の状況によっ

便利で豊かになりました。社会活動が情報通信ては一層使いづらい場合もあるかもしれません。

ネットワークへ依存する度合は高まるばかりです。
2010 年に新たに生まれたデジタル情報は 1,200

明日の未来のためにエクサバイトを超え、新規のデータ量は 2 年ごと162に 4 倍に増えているといわれています。このため、

このような情報通信技術の課題の解決を目指

情報通信機器の消費電力の大幅増加やセキュリした研究開発として、NICT では 2020 年頃の実

ティの脆弱性、ネットワーク制御の複雑化等の課現を目指した新世代ネットワーク基盤技術やユニ光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４
図1

未来ICT研究所の研究領域

バーサルコミュニケーション基盤技術の研究開発

超高周波 ICT 研究室に取り組んでいます。この新たな情報通信技術で領域に位置するテラヘルツ帯の電磁波に関するでしょう。2020 年以降に顕在化するであろう課題

研究開発を進めています。様々な分野での応用を見据えて、
未来 ICT 基盤技術として、
ICT の能力、が期待されているテラヘルツ帯デバイスの研究

安全性、利便性を大きく発展させていくことと、新開発に私たちはいち早く取り組み、基盤技術をたな ICT の開発を着実に今から進めていくことが、確立してきました。100Gbps にも及ぶ高速・大私たち未来 ICT 研究所に求められています。

容量通信を可能にするテラヘルツ帯の電磁波をⅢ 未来

る情報量の増大に将来窮する場面が出てくること

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

超高周波 ICT 研究室では、光と電磁波の境界

Ⅱさえも、飽くことのない人間の知識欲や好奇心によ

使って数十 Gbps 帯域幅の無線通信技術を確立するアクセス系の研究開発を進めています。波長

I
C
T

基盤技術

未来 ICT 研究所の短さを活かすことで、送受信用のアンテナサイ
ズを小さくすることができます。装置の小型化・

波 ICT、量子 ICT、ナノ ICT、バイオ ICT、脳情報軽量化のニーズに対応できるのです。これに加え通信）を結集、これまでに培ってきた競争優位のて、NICT で開発したテラヘルツ帯デバイス作製

研究開発力を活かして情報通信技術のブレーク技術を中心に、超高周波デバイスの開発環境をスルーにつながる技術シーズを創出し、芽吹か整備しています。ここでは、テラヘルツ分光やイ

せ、社会展開可能な苗木まで一貫して育てるこ

メージングなど全てを 1ヶ所で試すことができるとができる研究体制を構築しました。

世界で唯一の開発環境を提供しています。減衰௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

未来 ICT 研究所では、5 つの研究室
（超高周

163

Ⅲ

未来ICT基盤技術

図2

未来ICT基盤技術が創りだす将来技術が早いテラヘルツ帯の電磁波の研究開発には、

東 京 QKD ネットワークが稼 働しています。こあらゆる素子を 1 つのパッケージの中に作り込むの 東 京 OKD を 使って、約 45km 離 れ た 拠 点ことが必要です。ユーザがすぐに利用できる研究間での動画伝送の完全秘匿化に成功しています。

開発施設を整備することによって、企業・大学研

この東京 QKD ネットワークを更に改良すること

究室でのテラヘルツ研究開発を支援し、この技で、実用に耐え得る信頼性の確保と低コスト化、術の実社会への展開を後押しします。

さらに現代暗号技術との相補的組み合わせによって、ニーズとコストに応じたセキュリティシス

量子 ICT 研究室

テムの構築を目指しています。量子ノード技術では、これまでの伝送容量限界を超える量子の復量子 ICT 研究室は量子力学効果を応用して

号原理を検証し、実証してきました。この技術を

情 報 通 信における絶 対安 全 性、あるいは究極チップの上に小型化して安定動作させることを目の大容量化を実現することを目指した量子暗指した研究開発を進めています。

号技術と量子ノード技術の研究開発を推進しています。量子暗号技術は量子力学の原理によっ

ナノ ICT 研究室て、伝 送 途中の 盗聴を完 全に検 知するシステ

164

ムです。都内に敷設されたネットワークの上にナノ ICT 研究室では、既存デバイスでの実現

量子暗号の鍵配送ネットワーク試験システム、が難しい、高速化と低消費電力化を両立する技

構築しています。有機材料には、高効率・高速動共鳴画像法や脳磁場計測装置を駆使してコミュ

作、低コストの利点があります。これまでに、電ニケーション技術の視点から脳機能研究を進め

気光（EO）特性の高い有機材料を開発してきましるユニークな存在です。研究開発が長期にわたるた。この材料の性能をさらに向上させ、ポリマー

脳機能研究は、情報通信技術分野においては国の中に織り込んで配向させる技術を開発するこ立研究機関である NICT が中心となって進めるとで、現有の材料の 2 倍以上の EO 効果を持つべき研究です。一方で、研究分野が多岐にわたる

有機材料を作り上げ、高速光変調器の実現を目

脳機能研究を単一研究機関だけで実施すること指しています。

には限界があります。そこで私たちは総合大学との研究協力関係、脳情報分野で高い開発力を持す。私たちは 20 年の長い時間をかけて、窒化ニ

つ企業との連携を進め、平成 23 年度に脳情報

オブの薄膜形成技術を確立し、高周波特性に優

通信融合研究（CiNet）をスタートさせました。

術のキーデバイスとなっている単一光子検出器

瞬時に行います。このようなひらめきに似た予測（SSPD）
がその代表です。光キャビティ の導入やはどのようなメカニズムで起こっているのでしょ

SSPD のアレイ化によって、検出効率を 50%にまうか。データを点として扱わず、多様な結び付けで向上させ、カウントレートも GHz 帯まで向上を行うことで予測を行っている脳の情報処理のさせます。高性能化した SSPD は、様々なアプリ

仕組みは、その解明自身が情報通信技術への大ケーションで使われることになります。

きな貢献となるでしょう。チャレンジングな研究＊課題ですが、情報科学と脳・神経科学が成熟しバイオ ICT・脳情報通信研究室てきた今こそ、脳科学と情報科学の融合的研究

Ⅰ−４

私たちの脳は、わずかな情報を使って予測を

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

れた超伝導技術を生みだしました。量子暗号技

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

ナノ ICT 研究のもう 1 つの柱は超伝導技術でⅠ−１

ワイヤレスネットワーク技術

計測法に特徴を持つこの研究室は、機能的磁気

光ネットワーク技術

術の確立として、有機材料を用いた ICT 素子をⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術を進める絶好の時期なのです。
トップクラスの国際誌に掲載された研究成果の数々は、バイオ ICT 研究室の存在を輝かせておわりにいます。細胞生物学・生物物理学分野での重要究に磨きをかけるとともに、応用に向けた研究開

ルツ帯の電磁波を使った情報キオスク技術や量発を始めています。ナノテクノロジーと生体分子子情報通信、量子暗号技術、さらには高速低消操作技術を融合した分子センサー、分子信号処

費電力の有機 ICT などを開発していきます。脳理の研究開発を進めています。

を中心としたコミュニケーション技術の大きな

脳情報通信研究室では、将来、ICT 分野で重要な位置を占める脳機能研究について、情報通

I
C
T

基盤技術

前述のとおり、未来 ICT 研究所では、テラヘ

Ⅲ 未来

な成果を発信し続けてきた同研究室は、この研変革を狙う研究開発もあり、まさに明日の未来のための研究開発を進めているのです。

す。情報の受け手や送り手の主体が人間の脳であることを考えれば、情報をより正確に伝えて人間同士のコミュニケーションを快適かつ効率的に行うためには、脳における情報処理を知ることが大事だとわかります。人間の脳活動の非侵襲

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

信技術との融合を目指した研究を推進していま
用語解説＊ 光キャビティ
光を閉じ込める（共振させる）ために、2 枚の鏡を向かい合わせて作る構造。2 つの鏡の間の距離が光の波長の整数分の 1 のときに、光を閉じ込めることができる。検出効率の大幅な改善を可能にする構造です。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

165

Ⅲ

未来ICT基盤技術

超高周波の挑戦：超高速無線通信や未踏センシングへ向けて／寳迫 巌

ICT

超高周波ICTの挑戦:
超高速無線通信や未踏センシングへ向けて「超 高速無線や非破壊検査・分析の新しい方法を実現するための手段として、テラヘルツ帯電磁波の利用のための研究開発を行っています。」

寳迫 巌（ほうさこ いわお）
未来 ICT 研究所 副研究所長
超高周波 ICT 研究室 室長

1988 年東京大学教養学部基礎科学科卒。1993 年同大学院博士課程了（理博）。同年日本鋼管（株）入社。LSI 製造技術の研究に従事。1996 年郵政省通信総合研究所（現
NICT）
採用、テラヘルツ帯の検出器、光学薄膜、レーザ、
イメージングシステム、分光システム、超高速無線等の研究に従事。

はじめに
最近、「テラヘルツ波」という言葉を耳にする機会が増えたように思います。この言葉は周波数で言えば 100GHz ～ 10THz の電磁波を指す場合が多く、それはちょうど、電波と光の境界領域にある電磁波という意味でもあります。ちなみに電波法には「『電波』とは、三百万メガヘルツ以下の周波数の電磁波をいう。
（第二条第一号）」とあります。三百万メガヘルツは 3THz を指していますので、法律上の電波と光の区切りもこの周波数領域にあることが分かります。
近年、電子デバイスの微細化に基づく高速化が進み、数百 GHz 辺りまでのローノイズアンプが開発されつつあります。半導体レーザでは、テラヘルツ帯で動作可能な量子カスケードレーザ

166光ネットワーク技術

Ⅰ−１（THz-QCL: Terahertz-Quantum Cascade
Laser）が 2004 年に初めて実現され、その後、動作温度の高温化が進み現在では 200K 程度となっています。また、超短パルスレーザ（中心波
長 : 780nm、パルス幅 < 100fs＊1 ）で電界が印

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

加されたキャリア寿命が短い半導体（低温成長
GaAs など）を励起し、発生したキャリア（電子）
がごく短時間だけ実 空間を運 動することにより、ピコ秒（10 -12s）程度のパルス幅を持つモノ
サイクル電磁波パルスを発生させることができるようになっています。このモノサイクル電磁波

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

パルスには、100GHz 以上数 THz までの範囲の周波数成分が含まれるため、テラヘルツ帯分
光分析の道具としてよく用いられています。この方 法 は THz-TDS（Terahertz Time-Domain
Spectroscopy）と呼ばれています。さらにこの

図1

キオスクダウンロードモデルの概念図



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４電磁波パルスを用いた測距技術が実現されており、光の領域（赤外線～ X 線）では可視化できな

300GHz 帯の搬送波を用い、ネットワーク情報

い複合材料（プラスティック、セラミックス、紙、

端末（Info. Kiosk）から数秒内で Blu-ray Disc布など）を用いた構造体の内部構造の調査などに記録されている動画等の大容量データ相当に用いられ始めています。

（1 層 25GB）を携帯情報端末（PDA: Personal

Ⅱ

超高速無線通信への挑戦

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Digital Assistant）にダウンロードできるようなハードウェアの開発（図 1 参照 : キオスクダ
ウンロードモデルの概念図）を目指しています。
ス開発やシステム開発（THz-TDS システムやそ進展しているため、このような超高速無線リンの要素技術、カメラ技術等）を行うだけでなく、クの実現は今後必須のものとなると予想されま

数十 Gbit/s 以上の超高速無線やテラヘルツ帯

す。この他にも様々な超高速無線応用が提案さでのみ実現可能な「未踏センシング」応用を目指れつつあり、近い将来、人々の生活スタイルをした応用開発や様々な応用が実用化される際に大きく変える要因となるとの予想も出てきてい必要となる技術基盤の開発（周波数標準、パワーます。
光ネットワーク（有線）との連携技術としては、

らの開発は NICT 内の多くの研究室、NICT 委

光信号の変調フォーマットを変えることなく無線託研究、総務省の電波利用料財源による研究開

伝送する技術の開発を実施しています。現状で発との連携によって進められているものです。

は無線区間は W バンド（75-110GHz）を用いて「超 高 周 波 搬 送 波による数 十 ギガビット無

いますが、20Gbit/s 以上伝送ができることが実

線 伝 送 技 術 の 研 究 開 発（電 波 利 用 料 R&D、

験的に示されています（p.26-29 参照）。光ネッ

2011-2015、NTT/Fujitsu-Lab/NICT）」で は、トワークの伝送容量が増加することに対応する

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

標準、計測手順の標準化）も行っています。これ

I
C
T

基盤技術

PDA に装備されるメモリは大容量化が急速にⅢ 未来

超高周波 ICT の研究開発では、自らデバイ

167

Ⅲ
超高周波
の挑戦：超高速無線通信や未踏センシングへ向けて／寳迫 巌

I
CT

未来ICT基盤技術には、より高い周波数のテラヘルツ帯を使うこと

物質（プラスティック、セラミックス、紙、布、煙になると考えています。

など）に対してある程度の透過性があることが挙げられます。また波長は 3mm ～ 30 μ m で

未踏センシングへの挑戦あるため、可視光カメラと同程度のレンズ径（開口）で、数 cm ～ 数 mm 程 度 の 空 間 分 解 能を

テラヘルツ帯の特徴には大容量特性の他に、実現できる点も実 用上 重 要な特 徴です。その分子や分子間結合（水素結合、ファンデルワー

ため、バイオメディカル・薬 学応用、複合材料

ルス結合）に特有な吸収があることや、非極性開発での材料評価、様々な対 象に対する非破壊検査などの応用が提案されています（p.246249 参照）。これらの応用開発を支え実用化を促進するため、実時間イメージングの基盤技術としてテラヘルツ帯カメラ及びイメージング 時の照明用となる高輝度光源として THz-QCL シ
ステム（図 2、3）をそれぞれ開発して来ています。
両者を組み合わせたイメージングシステムを利用して、火災時に発生する煙の中を可視化する技術のデモが 東京理科大学火災科学研究セン
ター実験棟を利用して 2011 年 2 月に行われました。この研究では煙中の有害ガスをテラヘル
ツ波でリモート検出する技術も開発しており、そのデモも同時期に実施しています。これらの技術開発やデモの詳細は YouTube＊2 を参照してください。
THz-TDS の高精度化・ロバスト化・可搬化を目指した超短パルス光源の開発も基盤技術の開発として実施しています。NICT で開発したマッ

図2

液体窒素冷却THz-QCLシステム

ハーツェンダー変調器による平坦光コム発生技術を応用し、100fs 級の超短パルス光源を実現しようとするもので、この光源を用いることによって、THz-TDS が高精度化・ロバスト化・可搬化され様々な応用シーンに適用できると考えられ
ています
（図 4）
。
おわりに
テラヘルツ帯の開拓では、デバイス技術の完成度が高くないため、それ自体が研究対象です。

図3

168

QCLチップ写真

デバイスの研究開発と同時に無線通信や様々な光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図4

可搬型THz-TDSの予想図

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

センシング応用を開発して行く必要があり、研究遂行上の困難さは高いと言えますが、その分、研究成果が現実の応用に直結しています。今後の発展性は非常に大きく、やり甲斐のある内容だⅠ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術と言えるでしょう。
＊１ フェムト秒（10 -15 秒）＊2	www.youtube.com/user/tokyouniversityTHZ

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

169

Ⅲ

未来ICT基盤技術

究極の光通信技術を目指 し て ／ 武 岡 正 裕

究極の光通信技術を目指して－現代光通信の限界を超える量子受信機－

武岡 正裕（たけおか まさひろ）
未来 ICT 研究所
量子 ICT 研究室 主任研究員

大学院修了後、2001 年に入所。以来、量子情報理論、
量子光学などの研究に従事。日本物理学会若手奨励賞、文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞。2011 ～2012 年に総 務 省へ 出 向。趣 味はチェロの 演 奏など。音楽で学んだ感覚を研究に活かしたいと思って
います。

170

「光 通信の性能を物理的に許される
極 限まで高めることを目指し、最新の物理学である量子力学の理論を駆使した『量子情報通信』の研究に取り組んでいます。」

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

はじめに
光通信の性能は、0, 1 の信号を識別する際のビット誤り率と、その後の誤り訂正によって決まりま

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

す。ビット誤り率は光源や受信機で生ずる雑音を除去することで小さくできますが、それでも原理的に消せない雑音、「量子雑音」が存在します（図 1）。量子 雑音は、物理の基 本原 理である
「量子力学」
性質です。その影響は、通信路の

図1

ネットワークセキュリティ技術に基づき光が持っている基本的な

Ⅰ−３
光通信における量子雑音

なるほど相対的に顕著に現れてきます。従来の論では、これは最適な受信方法です。このときの光通信理論では量子雑音は制御不可能とされ、受信誤り率の限界が「ショット雑音限界」または

現在実用化されている光通信の最新方式でも、「標準量子限界」と呼ばれるもので、特に光信号が「ショット雑音」と呼ばれ除去できないものとさ

微弱な領域では通信性能を大きく制限します。

れています。

この限界を超えるには、量子雑音をミクロレ間では、光通信と量子力学を融合するための先駆

よれば、物質の状態は「波動関数」で表現されま的な理論研究が進められ、量子雑音を適切に制御す。波動関数が何かという説明はさておき、特徴することで、ショット雑音を超えてビット誤り率を極的なのは、その状態を測定するとき、測定の方法

限まで低減できる可能性が指摘されていました。

（どのようなパラメータを測定するか）によって状しかし当時は技術的な問題もあり、こうした研究は態の性質の見え方が大きく異なってくるという点今日に至るまで理論研究のレベルにとどまっていです。また、一度測定を行うとその影響により波ました。NICT では、近年の光検出技術や量子物

動関数の状態は変化してしまいます。このため物理学の急速な発展を利用してその実現に向けた質（波動関数）の全像を一度の測定で見ることは研究にいち早く取り組み、世界で初めて光通信のできず、影絵のように見ている方向（選んだ測定ショット雑音限界を破ることに成功しました。

方法）からの断片的な情報だけしか測れないので

I
C
T

基盤技術

などミクロの世界の物理を記述する量子力学にⅢ 未来への応用が検討され始めたころ、一部の研究者のユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ベルで制御して検出する必要があります。原子Ⅱ

一方、1960 年代にレーザーが発明され、光通信

Ⅰ−４

量子雑音をただの雑音とみなす現在の光通信理

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

伝送損失が大きく、また信号密度が高くなればす。図 2 左に、光通信の場合の例を示します。光
信号の波動関数を干渉計で測定すれば波としてⅣ 電磁波センシング基盤技術

光信号の識別と量子雑音の位相の性質が現れ、一方、エネルギーを測れば現在最新の光通信方式である「コヒーレント光

強度（光子の数）の性質が現れます。そして、それ通信」
では、レーザー光の波の大きさ（振幅）やタぞれ状態の性質は異なって見えますが、いずれ

イミング
（位相）
を変えて情報を載せ、受信側ではの場合も量子雑音の影響が強く現れ、信号識別

それらの値を直接測り情報を取り出しています。

にはショット雑音の限界が課されてしまいます。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

171

Ⅲ

未来ICT基盤技術

究極の光通信技術を目指 し て ／ 武 岡 正 裕

量子受信機の実現

今後の展望

ではショット雑音限界を超えるためにはどうす

本成果の意義は、まずは基礎科学の進展に寄与ればよいのか？それには量子雑音の影響が最もする点です。一方、今の通信事業者は光子レベルの排除されて見える最適な方向から、波動関数の微弱な信号で通信をしているわけではなく、そんな測定を行えばよいのです。このように量子力学的研究が必要なのか疑問に思われるかもしれません。

に最適化な測定を行う装置が「量子受信機」です

しかし、例えば衛星通信では、通信距離が極端に長（図 2 中及び右）。この最適な測定は、理論的にく中継増幅も出来ないため、受信側に到達する信号

は数式できれいに書き下せますが、強度や位相のは極端に減衰します。実際、最近の人工衛星 - 地上

単純な測定ではないため、物理的にどう実現す間のフィールド試験では、受信器に到達する信号のるかは非常に難しい問題です。NICT では、その光子数は100個以下にまで減衰されています。
今後、ような測定を光の干渉（波の制御）と光子検出（粒

衛星光通信の適用範囲が拡大し、例えば月 - 地球の測定）を組み合わせることで近似的に実現できを結ぶ通信などを行う場合、さらに光子数の少ないる新しい受信法を提案しました（図 3 参照）。さ

信号を受信・識別する必要が生じるでしょう。また地らに独立行政法人産業技術総合研究所の最新の上においても、一部の基幹ネットワークでは通信の光子数識別器（超伝導転移端センサ）を導入した

大容量化に伴い光ファイバーが溶け出す限界近くま

量子受信機を構築し、平均光子 0.2 個という極で光信号が詰め込まれており、
ビットあたりの光電力

めて微弱な信号の送受信において、世界で初めて（光子数）を極限まで下げることは重要な課題になっコヒーレント光通信のショット雑音限界の壁を打ています。今回実現した量子受信機に、さらに量子ち破ることに成功しました。1960 年代の理論的的な誤り訂正の概念を取り入れると、限られたエネな予言から半世紀後に、ようやくその正しさが実

ルギーの信号で物理学的に許される究極の通信容

験的に証明されたことになります。

量を達成できることが理論的に知られています。このような装置「量子復号器」の実現には、より本質的

図2

172

波動関数（光の量子状態）の測定

化・省エネルギー化の要求に 20 年後 30 年後も応実験物理やデバイス技術の大きなブレイクスルー

えていくため、このような革新的な技術の実現に向が必要です。今後ますます増大する通信の大容量けた研究をこれからも続けてまいります
（図 4）
。

Ⅰ−１
光ネットワーク技術に光の波動関数を制御しなければならず、それにはワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

図3

準最適な量子受信機の実現

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図4

量子受信技術の将来像௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

173

Ⅲ

未来ICT基盤技術

限りなく速く、そして絶対安全な通信に向けて／佐々木 雅英

限りなく速く、そして絶対安全な通信に向けて佐々木 雅英（ささき まさひで）
未来 ICT 研究所
量子 ICT 研究室 室長

1992 年、大学院博士課程修了後、日本銅管株式会社（現在の JFE ホールディングス）入社。1996 年、郵政省通信総合研究所（現 NICT）入所。それ以来、量子情報通信の研究開発に従事し、2011 年量子 ICT 研究室室長に。6 階にある私たちの研究室では、窓から見える景色の半分以上が空です。遠くまで広がる大きな空を臨みながら、はるか未来を見据えた研究に日々励んでいます。

「量子情報通信は、盗聴不可能な暗号
通信（量子暗号）や、低電力・大容量通信（量子通信）を実現する技術として期待されています。長期に亘り
情報通信社会を支えるための必須の技術となるでしょう。」

174

が終結した頃で、核による抑止力から、情報通信

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

量子通信の源流

技術でいかに優位に立つかということが国家の存亡を左右する時代になっていたため、現代暗号まで遡ります。それまで通信は電波を利用して行を解読する量子コンピュータをどの国よりも先にわれていましたが、レーザーに使う光の粒子のエ

持とう、あるいはより安全性の高い量子暗号技

ネルギーは、周波数が電波に比べ 10 万倍あり、術を獲得しようという話になり、学術研究という温度に換算すると光子 1 つで 1 万度くらいに相当より国家戦略として研究開発が行われるようになします。光が粒子であるという量子効果が顕在化りました。
我が国でも、2000 年に科学技術振興事業団

伝送できるだろうというアイデアがあって、そこか（現在の（独）科学技術振興機構）が、量子暗号のら少しずつ量子通信は発展しました。ただ、当時プロジェクトを採択し、当時の郵政省でも量子暗はまだ光ファイバが実用化の段階にはなく、物理号や大容量化に向けた量子通信の研究開発をプ

学の理論的な学問でしかありませんでした。

ロジェクト化して、2001 年に通信総合研究所（現

しかし、1980 年代に入って、量子通信は非常に大きな転換点を迎えます。完全に盗聴を見破

在の NICT）で量子情報通信の本格的な研究開発が始まりました。

る量子暗号が発明されたり、光子だけでなく原計算などあらゆる情報通信に量子効果を利用
生まれるようになりました。量子暗号の発明はを毎回使い捨てで一度きり使って暗号化する）と偶然で、1982 年に IBM の物理学者のチャール

いう 2 つのステップがあり、量子鍵配送では「0」

ズ・ベネットとモントリオール大学の暗号学者ジと「1」のランダムな数列を使った鍵を作り、送受

ル・ブラサールがプエルトリコのプールで偶然

信者以外には絶対傍受されない状況で共有しま

出会って、何気ない会話から量子暗号が生まれす（図 1）。データに鍵を足し算して送信し、受信たと言われています。1984 年の国際会議で彼らしたデータにもう一度鍵を足せば元のデータにユニバーサルコミュニケーション基盤技術

量子暗号は、量子鍵配送とワンタイムパッド（鍵Ⅱするという量子情報技術のアイデアがどんどん

Ⅰ−４

量子暗号の暗号化技術

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

子や分子を操る技術が実現されたことで、量子Ⅰ−３ネットワークセキュリティ技術

するとともに、電波よりももっと大きな情報量を

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

量子通信の源流は 1960 年のレーザーの発明が発表した最初の量子暗号プロト
コルは、BB84 と名付けられましⅢ 未来

た。しかし、しばらくは大して注目されていませんでした。ところが、1994 年に 米ベル 研 究 所 のピー

基盤技術

I
C
T

ター・ショアが「量子コンピュータが実現すれば、現在の暗号はすべ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術て破られてしまう」という理論を発表したことで、量子情報技術研究が一気に広がりました。量子暗号
は量子コンピュータでも破れない
究極の暗号として一気に注目されるようになりました。ちょうど冷戦

図1

量子暗号における操作の概要図
量 子鍵を共有していなければ、たとえデータを傍受できたとしても元のデータに戻すことはできない。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

175

Ⅲ

未来ICT基盤技術

限りなく速く、そして絶対安全な通信に向けて／佐々木 雅英

戻るという、極めて単純な方式です。量子暗号でた秘匿通信をしたいという用途に特化されます。

は傍受されれば必ず分かり、更に同じ状態での複国家機密や個人の生命にかかわる医療情報の安製が不可能という特性を持っているので、安全な全な通信などが用途として想定されます。欧米で暗号が可能となります。

はすでに製品も市販されています。購入している

現在の暗号化技術でも鍵は使われていますが、単純な足し算ではなく素因数分解を使った複雑のは研究機関がほとんどですが、一部は銀行などにも納入されています。

な仕組みを使っており、めったに解けるものでは

日本 では、2001 年から日本 電 気 株 式 会 社

ありませんが、コンピュータの能力が上がれば解（NEC）と三菱電機株式会社（三菱電機）、日本

けるようになります。1 つの暗号化方式が破られ電信電話株式会社（NTT）が、ま た、2011 年

るまでの平均寿命は、約 13 年と言われています。

からは新たに株 式会社 東 芝（東 芝）も加わって量子暗号は、理論上こうした問題はありません。

NICT からの委託や共同研究で量子暗号技 術の開発を行っています。特に、NICT が 有する量子暗号の利用用途

光テストベッド JGN-X を用いて、都市圏 敷 設
ファイバで量子暗号ネットワークを構築し長期

量子暗号は原理的に盗聴できない究極的暗号運用試験を行っています。図 2 は 2010 年末時

ですが、性能はまだ低く、敷設ファイバ 50km で点でのネットワーク構成を示したものです。図 3

秘密鍵の生成速度が数 100kbps で MPEG4 のは実際の量子暗号装置の一部です。2010 年 10

動画データをワンタイムパッド暗号化できるレベ

月に公開した実験では、6 カ所の拠点を結んでルです。1 対 1 でこの程度の距離で厳格に管理し量子暗号ネットワークを構築し、途中に高度な

図2

176

2010年10月に行われた実験。各ノードに配置された量子暗号装置は、既存の光回線で繋がれている。

かるか」「、傍受されたら別の経路に迂回させらには、約半世紀ほどかかったことになります。量れるか」「、その間データは途切れることはない

子通信が実際の我々の生活に使われ世の中を変か」、といった試験を行いました。2015 年頃にえていくのにも半世紀はかかるでしょう。半世紀

は、実際のネットワーク環境で利用する計画で後の社会はおそらく現在想像もできないような技術のブラッシュアップが進んでいます。ただ新機能を自在に使いこなしているかも知れませ

し、一般のユーザーが量子暗号を利用するようん。その夢を 1 つひとつ見つけ出していこうと思になるためには、伝送距離や伝送速度の課題がい、今日も産学官連携で研究開発に取り組んであるため、まだ 10 年以上はかかるだろうと思

います。

Ⅰ−１

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

は、最近のことです。現実が理論に追いつくため

光ネットワーク技術

傍受装置を配置し、「実際に傍受されたことが分われます。

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

大容量化に向けた量子通信の必要性
実利用に近づいた量子暗号に比べ、大容量化に向けた量子通信はまだ基礎研究の段階です。
今の光通信は、光パルスの有無で
「0」と
「1」の信

Ⅰ−４


新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術号を表し光をエネルギーの塊としてしか制御していません。しかし、光を波と考えた場合、波と波がぶつかると波が強くなったり弱くなったりと相互に作用し、このような性質まで使うと、今の光通信よりもはるかに多くの情報量を伝えることⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術ができるようになります。さらに、光は波であると同時に粒子でもあり、光子としての性質を制御することで、与えられた送信エネルギーを最も効率よく使い、今よりも遙かに多くの情報を伝送す
る量子通信が可能になります。実現には受信側で光子を制御し、光子 1 個 1 個から最大の情報だ実験室での原理実証の段階であり、今後多く

量子暗号ネットワーク監視装置
一般に普及するためには、小型化する必要がある。

I
C
T

基盤技術

の未踏技術の開発が必要ですが、実現の暁には

図3

Ⅲ 未来

を取り出せる量子受信器の開発が必要です。ま通信のほか計測技術にも革命をもたらすと期待されています。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

現在、誰もが使っている携帯電話も、元々の理論は 1948 年にクロード・シャノンが発表した、「0」と「1」で画像や音声などの情報を送るための「情報理論」が最初で、当時はどうやって実現すればいいのかは全く分からない状態でありました。シャノンが予言した通信性能に到達したの௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

177

Ⅲ

未来ICT基盤技術

超高速光通信への扉を開く、高機能フォトニックポリマー／大友 明

超高速光通信への扉を開く、
高機能フォトニックポリマー－光変調・光スイッチをさらに高速で低消費電力に－「有機電気光学ポリマーは、情報通信の超高速化と省電力を実現する材料として期待されています。超高速光変調器や光スイッチなどの実現に向けた取り組みを紹介します。」

大友 明（おおとも あきら）
未来 ICT 研究所
ナノ ICT 研究室 室長

夜空に天の川が流れる田舎で育ち、高校までサッカーで鍛えた体力には自信あり。でも今では愛犬との散歩が唯一の運動で衰えるばかり。日本代表の試合は深夜でも熱いエールを送り、近所迷惑と妻に叱られること度々。
大学から自動車に興味を持ち 86 でラリーに興じる。現在の愛車は A4 クワトロ。

はじめに
いつでもどこでも誰とでもコミュニケーションを可能にした情報通信技術（ICT）は、今や私たちの暮らしにとって不可欠な社会基盤の 1 つになっています。情報通信ネットワークの発達の原動力となったのが、光通信技術の高速化と大容量化です。近年の通信量の増加傾向は、今後さらに加速すると予測されており、光通信技術のさらなる高速化と大容量化が求められています。しかし、情報通信システムが消費する電力は、既に無視できない存在となっており、消費電力の削減も同時に行うことが必須となっています。また、膨張し続け制御不能になりつつあるネットワークを根本から見直す動きが、NICT の推進する「新世代ネット
ワーク」
を始めとして世界中で活発化しています。

178

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

Ⅰ−４


電気光学変調器とフォトニックネットワークの高速化

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

図1

おいても低消費電力化は不可欠の課題です。しか（LiNbO3: LN）です。LN は結晶成長技術とデバし、既存技術の効率化による消費電力削減だけでイス加工技術の向上により、今日までフォトニッ

は今後の通信量増大に対応するには限界があり、クネットワークの高速化を支えてきましたが、無大幅な低消費電力化に導く革新的なデバイスが求機誘電体結晶固有の限界からこれ以上の高速化

められています。このような状況を背景に NICT では望めない状況になっています。

は、有機材料の優れた光・電子機能を光制御デバ

EO 効果は、電場をかけると屈折率が変化する

イスに応用し、通信機器の高速化と同時に低消費効果で、液晶モニターからパルスレーザーまでオ

電力化を図ることを目指した研究を行っています。

プトエレクトロニクスの発展を担ってきた物理現

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

材料は無機誘電体結晶であるニオブ酸リチウム

Ⅱ

そのような新しいシステムを支えるハードウェアに有機材料が光通信をさらなる高速化に導くⅢ 未来象です。光変調器では、電場による屈折率の変化
を光の位相や強度の変化として光信号に変換します。代表的な光変調器の構造は図１に示すマッところから始まり、これには電気光学（Electro-

後に屈折率の差によって相対的に位相を変化さ

Optic: EO）効果を用いた光変調器が使われてせ、再び交えることで干渉により出力光の強度を

います
（図１）
。この光変調の速度が光通信の速変化させます。材料の電気光学効果が大きい程、度を左右することから、変調速度の高速化が進低い電圧で駆動することが可能になります。一口められてきました。今日の商用システムでは、変に EO 効果と言っても、メカニズムは材料の種類

調速度は１チャンネルあたり 40Gbps にまで達によって異なり効果の大きさや応答速度が異なりしています。現在、光変調器に用いられている

ます（図２）。液晶は、分子の回転に起因する効果௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

ハツェンダ ＊1 型光変調器です。入力光を分岐した

基盤技術

光通信ではまず電気信号を光信号に変換する

I
C
T

179

Ⅲ

未来ICT基盤技術

超高速光通信への扉を開く、高機能フォトニックポリマー／大友 明

で非常に大きな屈折率変化を示しますが、応答速見出されていますが、ドナー構造については、30 年

度は遅くミリ秒程度です。LN に代表される無機誘

近く続くEO 分子研究の間、大きな進展は見られ

電体結晶は、イオンの変位に起因する効果で EOていませんでした。NICT では、ある構造をドナー構効果は小さいですが 高速変調が可能です。しか造に加えることで、EO 効果を増強させる方法を見し、GHz を超えるマイクロ波領域では屈折率が大出しました。シンプルな方法ですのでほとんどの分

きいために光パルスとの速度差が生じ、動作速度

子に適用可能であり、特に基になる分子の EO 効果

は 10GHz 程度が限界とされてきました。それでが大きい程、増強効果が大きくなる傾向にあります。

も最新のデバイス技術では、導波路構造の工夫に

有機 EO 分子を用いて光変調器を作製するには、より 40GHz 程度まで高められていますが、LN 変

ポリマー中に EO 色素分子を分散、配向＊3 して導調器の高速化は既に限界に達しています。有機色

波路構造を作製します。ポリマー中の有機 EO 分

素分子は、π電子応答による電子分極に起因す

子濃度と配向度が高い程 EO 効果が高くなります

る効果で、最も高速でかつ比較的大きな EO 効果

ので、分子の配向度を高めることも研究課題の1つが期待できます。近年の通信容量のさらなる拡大として取り組んでいます。今後は、独自に開発した高の要求や、情報処理装置の高速化におけるチップ

性能の EO ポリマーを用いて変調器構造を作製し、内光配線が必須の課題となってきたことに伴い、超高速の光変調技術の研究を進めていきます。

＊2

小型で低電力駆動の超高速光変調器が求められるようになり、有機 EO 材料の研究開発が活性化

有機 EO ポリマーの耐久性は？

してきています。NICT でも屈折率変化が LN の２倍を超える材料の開発に成功しています。

私たちの身近にある有機物は日光に当たるとEO 色素分子の基本構造は、図３に示すように、色が褪せたりすることから、一般的に有機色素

電子供与基
（ドナー）
と電子受容基（アクセプター）をは光に弱いと思われています。有機色素の退色のπ共役でリンクした内部分極構造です。内部分極がメカニズムは主に酸化によるものです。空気中の大きい分子は高い EO 効果を示すことから、EO 色

酸素分子は安定でありそのままでは有機物との素分子の開発では、
ドナー /π共役 / アクセプター

反応性は低く、いわゆる活性酸素種の状態になの部位ごとに優れた特性を持つ構造を見出す努力

ることで強い酸化作用を生じます。光励起で生成が成されてきました。
これまで、π共役とアクセプター

される活性酸素種で主なものは、オゾンと一重構造については、大きな EO 効果をもたらす構造が項酸素＊4 です。一方、酸素分子がオゾンや一重項酸素になるには紫外線や可視光の様に約 1eV よりも高いエネル
ギーの（1.27μ m よりも波長の短い）光が必要です。光通信には波
長 1.3 μ m 帯 か ら 1.55 μ m 帯の赤外光を用いていますので、この光でオゾンや一重項酸素を直接発生することはありません。しかし、光強度が高くなると２光子吸収により一重項酸素を発生する可

図2

180

代表的な電気光学材料の比較能性がでてきます。通常の光変調

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図3

有機EOポリマー光変調器

キーデバイスを創る研究開発も行っています。

今後導入が進む多値変調技術ではレーザー光が有機物は軽く、宇宙線の影響も受け難い材料

高出力化していくことから、酸素の影響を除外すですので、衛星や惑星探査機等への搭載にも適しる研究も必要になってきます。

ています。加えて有機物は、炭素、水素、窒素、酸

200℃以上であり、デバイス作製プロセスにおいくりあげることが出来る安価な材料ですので、資ての問題はありません。しかし、EO ポリマーは源確保が容易なレアメタルフリーの機能材料としガラス転移温度以上になると配向が緩和し EOて、広範な応用展開が期待できると考えています。

効果を失活 してしまいます。開発した EO ポリ＊5

長期の信頼性を確保するために、有機 EO ポリ
マーの熱安定性向上にも取り組んでいます。
さらに未来へ向けて

有機 EO 材料の開発を今後も続けていきます。有機ポリマー材料は、フレキシブルで他のデバイス

＊2

π電子

＊3

配向

分子の二重結合は結合軸に沿ったσ結合と直交したπ結合とからなり、π結合上の電子をπ電子と呼びます。二重結合と単結合が交互に連なったπ共役構造を持つ分子では、π電子は非局在化しており分子全体に広がっています。

分子の向きをそろえること。ポリマー中の色素はばらばらな方向を向いているため、色素の集合体であるポリマーの EO 効果は相殺してしまいます。電場をかけ分子を一方向にそろえることにより、ポリマーの EO 効果を発現させることができます。

一重項酸素

クナノ構造と組み合わせることにより、光制御デバ

基底状態の酸素分子は、共有する電子のスピンの向きがそろった
三重項状態にあり、一重項酸素は、基底状態より 0.98eV エネル
ギーが高い励起状態の酸素分子で、電子のスピンの向きが反対になっています。一重項酸素は、光励起により直接発生することはなく、光励起された色素の三重項状態を介して生成されます。

イスのさらなる低消費電力化やミクロンサイズま＊5失活

精度の高いシリコン加工技術を用いたフォトニッ

での超小型化、光バッファなどのオンチップ化に及
ぶまで、未来のフォトニックネットワークを支えるⅣ 電磁波センシング基盤技術＊4と融合しやすいことも特徴の1つです。
NICT では、

I
C
T

基盤技術

な値が得られると見積もられており、NICT では

マッハツェンダ

L.Mach と L.Zehnder によって 1891 年にほぼ同時に考案された干渉方法で、同一の光源から出た光を 2 つに分けて別々の光路を通した後に重ね合わせるシンプルな構成であることから、光導波路での構築が容易です。

Ⅲ 未来

有機材料の EO 効果は、理論的にはさらに大き＊1

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ないものの、大規模サーバー等の発熱環境下で

用語解説

Ⅱ

度ですので、通常の使用環境では問題にはなら

Ⅰ−４

素、硫黄などの汎用元素を用いて様々な機能をつ

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

熱安定性については、EO 色素の分解温度はマーのガラス転移温度は現在のところ135℃程

ネットワークセキュリティ技術に用いられる光強度は問題がないレベルですが、

Ⅰ−３

ガラス転移温度以上になるとポリマーが柔らかくなり分子が動きやすくなるため、分子がバラバラな方向を向いてしまうことで、ポリマーの EO 効果が失われます。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

181

Ⅲ

未来ICT基盤技術

高感度・高速超伝導ナノ ワ イ ヤ 単 一 光 子 検 出 器 ／ 王 鎮

高感度・高速超伝導
ナノワイヤ単一光子検出器－マルチチャンネルシステム開発と量子情報通信応用－「超 伝導窒化ニオブ（NbN）を用いた
高感度・高速ナノワイヤ単一光子検出システムを開発し、通信波長帯において世界最高性能の達成と量子
情 報 通 信 などの 応 用 へ 展 開しています。」

王 鎮（ワン チン）
未来 ICT 研究所
主管研究員

学生の頃から巨視的量子現象である超伝導に魅せられ、
約 30 年間一筋にやって来ましたが、まだ分からないことが多い。NICT に入所してから始めたテニスはなかな
か上達しないけど、部員の少ない未来 ICT 研究所では貴重な戦力となっています。最近、15 年以上疎遠になっていた二胡を再び手に取り、稽古に励んでいます。

研究の背景
量子暗号や量子情報通信技術の実現には、高感度、高速かつ低雑音で単一光子を検出する技術の開発が 1つの鍵となっています。光子検出器としては、光電子倍増管（PMT）、Si や InGaAs/InP な
どの半導体材料を用いたアバランシェフォトダイ
オード
（APD）
がすでに開発され、通信波長帯（波
長 : 1,550nm）
では InGaAs/InP 半導体 APD が主に使用されています。しかし、半導体 APD は材料及び検出原理により検出効率や動作速度などが制限され、量子情報通信技術を実現するために光子検出技術のブレークスルーが必要とされています。そのため、我々は半導体 APD と全く異なる材料と原理で動作する超伝導ナノワイヤ単一光
子検出器（SNSPD）の研究開発を行ってきました。

182

その性能を左右するキーテクノロジーとしては、

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

なぜ超伝導？

高品質・極薄超伝導薄膜の作製、ナノワイヤ微細

極低 温で動 作するため、通 信波 長帯においてネル検出システムの開発が必要不可欠です。我々

PMT や半導体 APD の性能をはるかに凌駕するは、基礎研究で蓄積してきた NICT 独自の高品

ポテンシャルを有しています。また、SSPD の波

質窒化ニオブ（NbN）超伝導薄膜作製技術とナ

長 感 度 領域が極めて広く、素子 1 つで Si-APD

ノ微細加工技術を駆使して、厚さ 5 nm 以下、線と InGaAs/InP-APD の感度領域を全てカバー

幅 80 ～ 100 nm のナノワイヤ単一光子検出素できます。さらに、SNSPD は APD のようなゲー子（図 1）の作製に成功しました。また、光ファイバ

ト同期動作が不要であるため、実用化の際にシにより入射した光子を検出素子に効率良く結合さステムの構築も容易とであるなど非常に大きなせるために、光ファイバと SNSPD 素子の実装技

メリットがあります。表 1 では、各種光子検出器術を開発し、ミクロンオーダーの精度で光ファイの性能を比較しています。SNSPD は、他の光子

バと素子を合わせることを可能にしました（図 2）。

検出に比べて暗計数率が極めて低く、トータル

さらに、実用化を目指して、無冷媒かつ家庭用性能を表す指標である性能指数が現時点でも100V 電源で駆動可能な小型可搬式ギフォート・

既に 100 倍高く、研究開発の進展によりさらに

マクマホン（GM）冷凍機を用いたマルチチャンネ

性能向上が期待されています。

ル SNSPD システムを開発しました
（図 3）
。開発
したマルチチャンネルシステムには、光ファイバをマルチチャンネル SNSPD システム開発実装した SNSPD パッケージ 6 個を実装しており、同時に 6 チャンネルの光子検出が可能となって状態から常伝導状態に移行する際に生じた急激測定した 6 チャンネル検出器のシステム検出効

な抵抗変化を利用して光子検出を行っています。

率と暗計数率です。全てのチャンネルは暗計数率

表1

Ⅰ−４

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術います。図 4 は 1,550nm 通信波長帯において

Ⅰ−３

Ⅱ

SNSPD では、超伝導ナノワイヤにおける超伝導

Ⅰ−２

られます。また、実用化のために、マルチチャン

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術がもたらした高速な電子・フォノン相互作用とネットワークセキュリティ技術

加工、入射光子と素子の高効率結合などが挙げ

ワイヤレスネットワーク技術

SNSPD は、巨視的な量子現象である超伝導

通信波長帯光子検出器の性能比較

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

183

Ⅲ
高感度・高速超伝導ナノ ワ イ ヤ 単 一 光 子 検 出 器 ／ 王 鎮

184

未来ICT基盤技術

100c/s（カウント / 秒）において 20%を超える

子暗号鍵配送に成功しました。また、2010 年に高い検出効率を示しています。表 2 に、システム

は東京 QKD ネットワークに 2 台の SNSPD シス

仕様・性能をまとめています。現時点では、量子テムを導入し、都市圏敷設光ファイバ網で世界初検出効率が 20%、動作速度が 100MHz、暗計の量子暗号通信によるテレビ会議の実現に貢献

数率が 100c/s など世界最高性能を達成してい

しました。

ます。
今後の展望
量子情報通信応用
SNSPD による単一光子検出技術は、将来の
我々は、開発したマルチチャンネル SNSPD シ

量子情報通信技術を支えるコア技術として、実ステムを用いて、2007 年にけいはんな地区に用化に向けた研究開発が始まったばかりです。

おいて量子暗号鍵配送（QKD）のフィールド実験

現在、この技術は半導体 APD を超える性能をを行い、実際の敷設光ファイバで世界最長距離示しており、素子の改良とシステムの最適化を図（97km）かつ最高速（10 kbits/s/photon）で量ることにより、更なる性能アップが期待できます。

図1

窒化ニオブSNSPD素子とナノワイヤ受光部の電子顕微鏡写真

図2

光ファイバを実装したSNSPDパッケージ

図3 マルチチャンネルSNSPDシステム

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

今後、この技術は、光子検出器として、量子情報通信分野だけではなく、量子光学、宇宙物理学、
生体質量分析、新薬開発、低エネルギー粒子検出など様々な分野への応用が可能と考えられることから、その実現に向けて我々はチャレンジをワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

続けていきます。

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図4 1,550nm波長帯におけるマルチチャンネルSNSPDシステムの検出効率と暗計数率

Ⅱ

マルチチャンネルSNSPDシステム仕様・性能

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

表2

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

185

Ⅲ

未来ICT基盤技術

脳との融合：脳情報通信技術の確立に向けて／成瀬 康

ICT

脳とICTの融合:
脳情報通信技術の確立に向けて－真に伝えたい情報を伝える未来のICT技術－「私 たちは、脳から情 報を取り出しそれを通信することにより、より自由なコミュニケーションを実現するというあたかも SF のような世界の実現を目指した研究を行っています。
」

成瀬 康（なるせ やすし）

未来 ICT 研究所
脳情報通信研究室 主任研究員

子供のころからパソコン好きの理系でありながら、歴史や経済にも興味があり、研究の道に進むか金融の道に進むかを悩んだほど。研究者になった今も、読書といえばビジネス書や歴史書が多い。歴史や経済を学ぶ過程で人の心理への興味が生じて脳研究を開始し、今に至る。趣味は職場の人と行うフットサルと飲み会。ビール腹撃退の為にスポーツジムにも通ってます。

はじめに
脳情報通信技術というのは、脳から情報を取り出し、それを通信することにより、言語等にとらわれることなく、より自由な、よりスムーズなコミュニケーションを実現することを目指す未来の情報通信技術です（図１）。例えば、アニメや映画のガンダム、攻殻機動隊やマトリックスなどで描かれているような世界の実現を目指す技術といえます。しかし、脳情報通信技術に関する研究は始まったばかりですので、このような世界の実現はまだまだ先の話ではありますが、目指すイ
メージはつかんでいただけるのではないかと思います。私たちは、脳情報通信技術の確立を目指して様々な角度から脳についての研究を行っ
ています。

186

というものです。脳の 今 の 状 態を検 出で きる

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

脳情報を高精度に抽出する新しい手法という技術を発展させることでたとえば、与えられた情 報を受け手が正しく分かったかどう

じめに確 立するべき技 術は、精 度 良く、容 易

かをその人の脳活動の状 態を調べることで定に 脳 情 報を取り出すことが で きる 技 術です。

量 化 することが で きると考えられます。現 在

そこで、私 たちは、比 較 的 簡 単に測ることがは、より簡 単に脳 波 が測 れる脳 波システムのできる脳波、特にアルファ波に注目し、脳波に開発も併せて行っており、精度良く、容易に脳適した信号 処 理手法を開 発しました。脳波の情 報を取り出すことが で きる技 術を日々、向信号は複 雑であることから、これまでの 手法上させています。
が何を思ったか、どう感じたか、どう考えて研究及び 数理モデル的研究の成果から得られい る の か、と い っ た そ の 人 の 脳 の 状 態 に 関た知見をもとに脳波に適した確率モデルを構す る 情 報 を 取 り 出 す た め に は、脳 内 の 情 報

築し、ベイズの定 理を利 用して脳 情 報を抽 出処 理・ 情 報 通 信 メ カ ニ ズ ム を 解 明 す る 必 要するとい 統 計 的 手 法を構 築しました。この 手があります。脳科学的、工学的、医学的といっ

法 の 概 要 は図 2 に 示すように、まず、脳 波にた 多 角 的 な ア プ ロ ー チ を 利 用 し て、取 り 出

含まれる雑 音成 分を軽 減しつつアルファ波をし た 脳 情 報 か ら、脳 の 状 態 に 関 す る 情 報 を抽出し、それを振幅、位相に分解します。脳の取 り 出 し、脳 情 報 通 信 技 術 の 実 現 を 目 指 し状態が 変化した場合、振幅や位相の状態が 変ています。

わるため、その状 態 変 化を検出することで脳の状 態 変 化が 起こったタイミング を見つける

Ⅰ−３

Ⅰ−４


ませんでした。私 たちは脳 波における実 験 的

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

一方、この取り出した脳情報から、その人

ネットワークセキュリティ技術

では精度の良い脳情報を抽出することが でき

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

脳 情 報 通 信 技 術の 実現のために、まず、はⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

脳情報通信技術の一例

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

187

Ⅲ

未来ICT基盤技術

脳との融合：脳情報通信技術の確立に向けて／成瀬 康

ICT

脳情報通信融合研究のスタート

ます（図 3）。前述した研究内容は、この枠組
脳情報通信技術を確立するためには、前述

みにおいては計測基盤技術に含まれるもののように、非常に様々な分野と融合する必要

で あ り、今 後、こ れ を 利 用 す る こ と に よ り、があります。現在、NICT では、脳情報通信技

HHS、BFI Network、BMI 研 究 を 加 速 し、脳術の確立を目指すために、これまでの脳科学

情報通信技術の確立を目指したいと考えていに情報工学等の様々な分野を融合させた、脳ます。

情報通信融合研究をスタートさせました。こまた、脳情報通信技術ができてしまうと心がの脳情報通信融合研究には、①こころとここ読まれてしまいそうで怖いと考えられる方も多ろのコミュニケーションを脳機能から科学す

くいらっしゃるかと思います。私たちは、何をる Heart to Heart Science（HHS）、②脳に伝えて何を伝えるべきではないかという倫理・学ぶ情報ネットワーク技術を創成する Brain-

安全面も研究と同時に検討しております。そのFunction installed Information Network

ような倫理面への取り組みの 1 つが、NICT の（BFI Network）、③こころを機械につたえる研究者が委員として参加していた総務省におけ技 術 を 確 立 す る Brain-Machine Interface

る「脳と ICT に関する懇談会」の最終取りまと（BMI）、④これらを支えるための脳計測技術

めにまとめられております。

0-50-1000-800 -600 -400 -200

angle (rad)図2

0

200 400 600 800 1000

振幅

40
20

0
-1000-800 -600 -400 -2000

200 400 600 800 1000

0200 400 600 800 1000

位相

2p

0
-1000-800 -600 -400 -200

変わってる

状態変化の確率 脳の状態変化を検出！ タイミングがprobability

振幅と位相の状態変化を統計的に検出。

脳波50

amplitude (µV)

amplitude (µV)

脳の状態がいつ変わってる？

188を確立する計測基盤技術、の 4 つの柱があり

わかった！

1

0.5
0
-1000-800 -600 -400 -2000

200 400 600 800 1000

私たちが構築した統計的手法を用いた高精度脳情報抽出法の概要

Time (ms)

脳波をアルファ波の振幅と位相に分解。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図3 脳情報通信融合研究の概要

今後の展望

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

脳情報通信技術に関する研究は始まったばかりであり、実現にはまだ 時間がかかります。
しかし、中 長 期 的な視 点のもと、脳 情 報 通 信
融合研究という新しい枠 組みを利用して脳情報 通 信 技 術の 確 立を目指します。私 たちはこⅢ 未来の 技 術を、まず は、高齢 者や 体 の不自由な方のよりよいコミュニケーション手段として提供し、将来的には、すべての方の生活に役立つものに

基盤技術

I
C
T

していきたいと考えています。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

189

Ⅲ

未来ICT基盤技術

思い通りに操作できるブレイン マ-シン・インターフェィスに大きく前進／今水 寛

思い通りに操作できるブレイン-マシン・インターフェィスに大きく前進－脳活動から早い運動をなめらかに再現－「脳 の外に置いた磁場センサーで脳活動を計測、手の動きに関する重要な情報を効率的に選び出して、早い運動
をそのまま滑らかに再現することに成功しました。」

190

今水 寛（いまみず ひろし）
未来 ICT 研究所
脳情報通信研究室 副室長

専門は実験心理学。不可思議なヒトの行動に、合理的な理由を見いだすとき、心の底から面白いと思います。趣味という程ではありませんが、料理を楽しんでいます。毎年クリスマスにはローストチキンを焼きます。段取りと思い切りが重要なのは料理も実験も同じです。鍋の蓋を開けるときと、解析結果を見るときの高揚感も似ています。料理は９割成功する
が、実験は９割失敗します・・・でにありましたが、頭の外に設置したセンサー

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

背景で計測した信号をそのまま使っていたため、脳人 間 の 脳 活 動 から運 動 を再 構 成 する 技 術のどの部分から発生した信号であるかを正確には、ブレイン - マシン・インターフェィス（BMI）

特定できず、手の運動に関連する脳活動を効率の基礎技術として注目されています。特に、脳的に抽出することは難しい状況でした。

号を 利 用して再 構 成 することは、BMI が、広Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術を傷つけずに計測（非侵襲計測）した脳活動信
実験と解析

く一 般に使われるための重 要な 鍵とされていに素 早く動 かしているときの 脳 活 動 から、指は、手 の 速い運 動（運 動 時間 約 0.4 秒）を、非

先 がど こに あ るか を、0.02 秒 の 時 間 間 隔 で侵襲で計 測した 脳活動から滑らかに（0.02 秒予測
（再 構 成）し ま し た。私 た ち は、速 い 運おきに）再 構成することに成 功しました。本研

動 に 関 連 する 脳 活 動 を 計 測 するた め に、高究は、ユーザーをトレーニングすることなしに、い時間解像 度で計 測可能な脳磁 計（MEG:

普段、運動を行っているときの自然な脳活動か

Magnetoencephalography）を利用しました

ら、手の運 動に関係する脳情 報を効率的に抽（図 1）。MEG は、神経細胞が活動することで生出し、自然で滑らかな運 動を高い精度で再 構じる微細な磁場の変化を検出する装置です。し成できることを世界で初めて示しました。このかし、MEG は、頭の外に置いたセンサーで磁場

成 果は、BMI が 医 療 応用だけでなく、情 報 通を計測するため、受信した信号が脳のどの場所

信のための自然で使いやすいインターフェィス

から発生したものであるか、正確に知ることはとして、広く一 般に使われる道を切りひらくとできません。また、センサーの信号は、さまざま

Ⅰ−３

Ⅰ−４


所
（ATR）脳情報解析研究所の佐藤雅昭所長ら

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

本研究では、人間が 指先をさまざまな方向

ネットワークセキュリティ技術ます。私たちと㈱ 国際電気通信基 礎技 術研究Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

考えられます。
脳活動から運 動を再 構成する
技 術は、脳に電 極を挿 すなどの侵 襲 的な方法で、主に米国の 研究者が成功をおさめましたが、手術やウィルス感染の危険性などかⅢ 未来

ら、近年では、非侵襲で計測した脳活動を利用する研究が盛んになってきています。従来の非侵襲

基盤技術

I
C
T

的な手法では、脳波でコンピュー
タカーソルを操 作 する研 究がよ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術く知られていますが、これはコンピュータに読み取りやすい脳波パ
ターンを生じさせるように、ユー
ザーを長 期間訓練する必要がありました。訓練を必要とせずに速い運 動を再 構成した例はこれま

図1

M EG装置の外観と、これを使った実験風景。矢印は人差し指の先端を示す௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

191

Ⅲ

未来ICT基盤技術

思い通りに操作できるブレイン マ-シン・インターフェィスに大きく前進／今水 寛

な脳の部位から発生した信号が入り混じってい

研究の意義

る
（図 2A）ので、手の運動に関連する脳活動を効率的に選び出すことは難しいのです。そこで、これまでの非侵襲 BMI は、脳活動のパターン

まず、センサー信号を脳表面上の電流信号（皮から運動の種類を識別したり、数カ所の標的の中質電流）に変換する関数（逆フィルター）を推定

から、どの標的に手を伸ばすかを当てることなどしました（図 2B）。逆フィルターの計算には、佐が主流で、人間の速い動きをそのまま再構成しよ

藤所長らが開発した「階層変分ベイズ法」を用いうとする試みは少ない状況でした。速い動きを滑ました。この方法は、脳の血流の変化を、優れらかに再構成することで、ユーザーが「自分自身がた空間解像度で計測できる機能的磁気共鳴画像

操作している」という主体感・操作感を増すことが（fMRI）のデータも補助的に用い、数ミリメートできます。遠隔地からロボットアームを制御する場ルの精度で、センサー信号から信号源である皮合など、そのような感覚は不可欠です。

質電流を計算できます（図 3 オレンジの矢印）。
この方法で変換した皮質電流を利用すれば、手今後の展望の運動に関連する信号を選択的に抽出して、高い精度で運動を再構成することが 期待できま

本研究では、脳活動をオフラインで解析・再す。実際、佐藤所長らが開発した「スパース推定

構成しましたが、今後はリアルタイムで運動を再法」を用いて、皮質電流の中から重要度の高い

構成することに取り組んで行きたいと思います。

ものを選び出し、選び出された皮質電流の重み

同様の手法は、イメージしたときや動かす前の付き総和（図 3 緑の矢印の線形予測モデル）で脳活動から再構成することにも利用できる可能

手先の位置を予測したところ、センサー信号を性があり、意図しただけで自在に操作できるイン

そのまま使う場合よりも、高い精度で予測する

ターフェィスの開発に繋がると期待されます。現ことができました。

代の情報端末は次第に操作が複雑になり、操作方法をマスターできないひとはますます情報か

図2 MEGのセンサー信号にはいろいろな部位の脳活動信号が混在（Ａ）。センサー信号から脳活動を推定する逆フィルター（Ｂ）

192

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３
図3

手先の運動を脳活動から再構成する手法の概要

ら遠ざかってしまうという情報格差が問題になっています。意図しただけで自在に操作できるインⅠ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

ターフェィスは、そのような問題の解決に役立つと考えられます。

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

193

Ⅲ

未来ICT基盤技術

ＤＮＡナノ構造体でつくる分子ロボットを利用したアンビエントセンサーネットワーク／平林 美樹

ＤＮＡナノ構造体でつくる
分子ロボットを利用したアンビエントセンサーネットワーク「複 雑 な 生 命 維 持 活 動を実 現 する
ソフトウェア、ハードウェア一体型のインテリジェントな情報素子である
DNA を利用した未来 ICT 技術の開発を行っています。」

平林 美樹（ひらばやし みき）
未来 ICT 研究所
バイオ ICT 研究室 主任研究員

私たちの脳は、DNA が造りだした究極のコンピュータです。その潜在的な能力を最大限に発揮するには、右脳と左脳をバランスよく活性化させることが重要であると考え、右脳への刺激を求めて、最近日本画を始めました。
目覚めた脳と旺盛な好奇心を学際領域の研究に活かして、夢はノーベル賞のグランドスラムです。

研究の背景
私たちは、
「細胞や生体分子システムの優れた機能を利用した情報通信の新概念につながる萌芽的な要素技術の開発研究」の一環として、プログラムに基づいて自律的に環境をコントロールすることができる生体材料で造られたセンサーロ
ボットに関する研究を行っています。
ここでいうロボットとは、人間に代わって与えられた作業をこなす装置または、生物のような形や機能を持つ人工物を指します。私たちが目指すのは、ナノ/ ミクロ世界の分子通信物質や環境シグナルをセンシングし、それらの情報に基づいて、微小世界の状態を自律的に管理することができるインテリジェントな DNA ナノマシンです。例えば、微小世界の住人である微生物は、

194

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

放射性物質のような環境汚染源の除去や、農作物の品質や生産性の向上を可能にする様々な能力をもっていることが知られています。
ナノロボットが作るセンサーネット

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ワークを利用して、微小世界をコントロールすることで、そこに生きる微生物の多彩な能力を活かして、エネルギー、農 業、漁 業、医療などの分野で現代社会が抱える問題を解決し、次世代の安心・

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

安全で快適な生活の実現に貢献することが可能になります（図 1）。

図1

DNAセンサーネットワークとミクロワールド

センシングターゲットⅠ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

ここで紹介する DNA センサー
ロボットのセンシングターゲット
は、生 細 胞が生 産した核酸 分 子（DNA/RNA）です。核酸分子は、細胞内だけでなく、血液などの体図2

遺伝情報伝達の流れⅡ

湖沼などの環境中にも広く存在しています。細胞

細胞内の状態を報告したり、環境中にプールされ外の核酸分子は、細胞の崩壊によって放出されている特定の配列を回収してまわったり、細胞内るだけでなく、細菌の増殖時期の一定期間や、他

で核酸分子の変動を監視して、細胞の状態をコ生物との相互作用あるいは、細菌同士の分子通

ントロールするように設計することが可能です。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

液中や、私たちをとりまく海洋や信によって分泌されることが知られています。こDNA を利用した遺伝子スイッチ

Ⅲ 未来

うして生じた核酸分子は、環境中に蓄えられると共に、細菌により再び細胞内に取り込まれて、子の修復等に用いられます。細胞外に存在するログラム」からなるソフトウェアと「プログラムを核酸分子のうち、血液などの体液中に含まれる

実行して複雑な生命維持活動を実現する」
ハード

RNA は、細胞内の様子を反映して存在量が変ウェアの両者の機能を併せ持つインテリジェント

動することから、生体内の生物学的変化を把握な情報素子です。生命の設計図となる遺伝情報するための指標（マーカー）
として診断に用いられは「複製」により DNA から DNA へ、「転写」によています。

「翻 訳」により RNA からり DNA から RNA へ、

DNA センサーロボットは、このように生命活

タンパク質へと伝えられます（図 2）。生命活動は、動の状態を反映する核酸分子をセンシングして

この
「転写」
と
「翻訳」
のタイミングを制御すること௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

DNA は、「タンパク質をコードする塩基配列プ

基盤技術

貧栄養条件下での栄養源、変異を起こした遺伝

195

Ⅲ

未来ICT基盤技術

ＤＮＡナノ構造体でつくる分子ロボットを利用したアンビエントセンサーネットワーク／平林 美樹

で実現されています。これまで、このような制御

二段目の配列には、転写酵素が近づくことがではタンパク質が行っていると考えられていました

きないため、ここにプロモータ配列を配置するこが、近年タンパク質をコードしていない核酸配列とにより、G4 スイッチ同様、転写機能をオフにすが積極的に関わっていることが明らかになってきることができます。TX 構造のオン / オフの切替ました。たとえば、DNA を構成する 4 つの核酸

えは環境中の情報分子（ここでは細胞が生産す

塩基アデニン（A）、グアニン
（G）
、シトシン
（C）
、

る核酸分子）のセンシングにより行います。

チミン（T）のうち G に富んだ配列は、図 3 左に示すような立体的な四重鎖が連なるグアニン四重鎖（G4 ）とよばれる構造をとって、転写酵素の認識配列であるプロモータ配列に転写酵素が近RNA ア
TX スイッチは、プロモータの下流に、づけない状態を作ることで、「転写」のタイミング

プタマーをコードした配列を組み込むことによ制御を行っていると考えられています（G4 スイッり、アプタマーが持つ様々な機能を実装することチ）。G4 構造のオン / オフの切替えは特定のイオができます。アプタマーとは、ターゲット分子とンを利用するなどして行われます。

特異的に結合して、様々な機能を発揮する核酸

一方、DNA センサーロボットが搭載している等から成る機能性分子です。例えば、ターゲットのは、人工的に設計されたトリプルクロスオー

分子の持つ蛍光を増幅したり、毒性を弱めるなバー（TX）タイルを利用した人工遺伝子スイッチ

どの機能を実現することができます。また天然（TX スイッチ）です。TX タイルは三段構造をもっG4 スイッチと違って、人 工 TX スイッチは、TX

た DNA モチーフです。図 3 右に TX スイッチを構造のオン / オフの切替えに、システムの目的にDNA 上に構成した例を示します。TX タイルが合ったセンシングターゲットを使用できるように

ネットワークを形成しているときは、三段構造の設計することが可能です。

図3

196

機能設計

人工遺伝子スイッチ光ネットワーク技術

Ⅰ−１

図 4 に TX スイッチを搭載したシステムの例を示します。ここでは、TX モチーフは、4 本の短い一本 鎖 DNA が 自己 組 織化により相補鎖を交換して三段構造を作っワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２ています。次に末端に相補配列を持つモチーフ同士が結合して、ナノ構造体ネットワークを形成しま
RNA/DNA シ
す。この集合体は、グナルをセンシングターゲットとして、これを認識すると構造変化

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３を起こし、モチーフに組み込まれたプロモータ領域に RNA ポリメ
ラーゼとよばれる転写酵 素が作用できる状態になります。その結果プロモータ下流に組み込まれたⅠ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

RNA アプタマー配列の転写が開始されます。これが 転写スイッチ
オンの状態で、オフになるまで繰
り返し転写が実行されます。このアプタマー配列に MG（マラカイ

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

トグリーン）アプタマーとよばれる配列を採用すると、センシング結果を MG の蛍光増加の有無により可視化することができます。その他の目的に応じた新しい機能を

図4

センサーロボットのイメージもったアプタマーは、人工進化とよばれる方法に今後の展望とができます。また人工材料と違って、複製、修アンビエントセンサーネットワーク社会は環境中に埋め込まれたアンビエントインテリジェンス（環境知能）が、自身でセンシングした情報を利易で、複雑な生命活動を実現することができる

用して、私たちの暮らしを豊かにする様々なサー優れた能力を持ったインテリジェントマテリアル

ビスを提供してくれる社会です。生体材料の特性です。これらの特性を十分に活かすことにより、を生かした人工 DNA ナノ構造体を、ミッション

情 報 通信の新概 念につながる新しいナノセンを遂行する能力と判断力を持つインテリジェン

サーネットワークの構築が可能になると考えら

トロボットへと機能強化することで、本格的なれます。

アンビエントネットワーク社会が訪れると期待Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

DNA はこのように、機能や構造の設計が容

I
C
T

基盤技術

復、再生といった機能も実装可能です。

Ⅲ 未来

より、ランダム配列のプールから取り出してくるこ

されます。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

197

Ⅲ

未来ICT基盤技術

２種類の遺伝情報を使い分けて生きるテトラヒメナ／岩本 政明

２種類の遺伝情報を使い分けて生きるテトラヒメナ－単細胞生物の高度な生存戦略－「巧 妙な生存戦略を駆使して力強く生きる単細胞の微生物。彼らが持つユニークな生物システムは、様々な技術応用の可能性を秘めています。
ここでは、その一例を紹介します。
」

岩本 政明（いわもと まさあき）
未来 ICT 研究所
バイオ ICT 研究室 主任研究員

大学院博士過程修了後、米ハワイ大学博士研究員を経て、2004 年、特別研究員（JST）として NICT に入所。現在は主任研究員。博士（理学）。子供の頃から自然と生き物が好きで、それが高じていつの間にか生物の研究者になっていました。研究以外の趣味は、釣り、川遊び（ガサガサ）、
自然観察（野鳥など）、水族館巡り、他。

生 物システムに学ぶには、まず生物を知る
ことから
今日、情報通信分野に限らず、さまざまな領域で、生物の特性を応用した技術開発が行われています。生物が持つ自律性、頑強性、環境適応性、情報処理能力、自己修復および自己複製能
力など、そのいずれもが新技術を開発する際のお手本となり得ます。生物は、進化の過程でこれらの特性を獲得し、生存競争を通じて、それらに修正を加え、より良いものを作り上げてきました。
その中には、人間が到底考えつかないような奇抜なシステムが無数に存在しています。そこから人間にとって有用なものを効率的に抽出するた
めには、まず対象となる生物をよく理解することが必要です。

198

れた環境適応性と頑強性を持つ、細胞進化にお（Tetrahymena thermophila ）という単細胞生

けるひとつの頂点を極めた存在であるということ物です（図 1）。
「単細胞」とは、俗に単純なものができます。

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

私が研究対象としているのは、テトラヒメナ

を形容する言葉として使われますが、それは誤り
独 特な方法で遺伝情報を使用・継承する

雑な細胞の構造と機能を持っています。ヒトのテトラヒメナⅠ−２
ワイヤレスネットワーク技術

で、実際のところ、多くの単細胞生物はとても複場合、60 兆個もの細胞の共同作業で行っている生物がもつ遺伝情報は、DNA として細胞核の行っているのですから彼らが複雑なのは当然と中にしまい込まれています。DNA 鎖の本数は生いえます。また、動物の細胞が体内という安定な物種によって異なりますが、細胞核内のひと揃い環境にあるのと違い、単細胞生物は激変する環の DNA 鎖のセットをゲノムと呼びます。細胞を境下で生活しています。そのような過酷な環境でコンピューターと見なした場合、細胞核はハード生存競争を勝ち抜いてきた彼らは、とりわけ優ディスク＊1、ゲノムは情報ということになります。

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

個体としての生命活動を、たった 1 個の細胞でハードディスク内の情報は使えば使うほど、損傷、すなわち DNA に傷が入ります。細胞はこれを修復する機能を持っていますが、間違って修復されす。これが細胞老化であり、また時には制御が効かなくなって、ガン化してしまうこともあります。
遺伝情報を傷つけないためには、遺伝情報を使

細胞コンピューターは正常に作動しなくなりまⅠ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術たり、修復できなかった箇所が蓄積してくると、Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

わないことが得策ですが、生命活動を行う以上そのようなことはできません。
ところが、テトラヒメナはそれを実現している
図1

繊毛虫テトラヒメナ（Tetrahymena thermophila ）大 核と小核という2種類の細胞核をもつ。DNAを特殊な色素で染めて可視化した。

のです。彼らはゲノム（情報）を重複させ、それらを 2 種類の細胞核（ハードディスク）に分けて保

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図2

編集と増幅によって形成される大核のゲノムDNAもとは1つの小核から新たな大核と小核が作られる。各DNAの末端にはテロメア＊2（黄）が存在する。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

199

Ⅲ

未来ICT基盤技術

２種類の遺伝情報を使い分けて生きるテトラヒメナ／岩本 政明

持するという方法を獲得しました（図 1）。一方をるわけですが、ハードディスク内のゲノム情報に

生命活動に使用し、他方は通常は使用せずバッ

アクセスするためのオペレーションシステムはどクアップとして保存しています。使用されるゲノム

うなっているのでしょうか。我々は、テトラヒメナ

は、大核に包含されており、遺伝情報を効率よくの特殊な遺伝情報制御を可能にしている分子基大量に取り出すために DNA 配列は編集され、盤はそこにあると考え、この仕組みを明らかにすかつ数十～数百倍に増幅された状態になっているための研究を行っています。細胞核は、核膜にます（図 2）。この大核ゲノムは、日常的に使用さより細胞質と仕切られ、区画化された構造になっれますが、一世代で使い捨てられます。片や小核

ています
（図 3）
。核膜には核膜孔と呼ばれる穴がのゲノムは、高度に圧縮された状態で、通常の生

あいていて、細胞質から核内へのアクセスと、核活では使用されません。しかし、いざという時（具内から細胞質への遺伝情報の取り出しは、この体的には、栄養が無くなってしまった時）にそれ

核膜孔を通して行われます。したがって、核内へは使われます。栄養が枯渇すると、彼らは異性細のアクセス経路である核膜孔が同じ構造をしてして子孫を作りますが、子孫細胞のいては、2 種類のハードディスクを見分けて、個新しい細胞核を形成するために小核ゲノムが使別に制御することはできません。我々は、核膜孔われるのです。

を形づくっているタンパク質成分を同定し、それ

胞と交配

＊3

らの機能解析を行うことで、2 種類の遺伝情報
2
 種類のゲノム情報にアクセスするシステムにを間違えずに制御する仕組みを明らかにするこ

明確な違いが存在とを試みました。
核膜孔は、核膜孔複合体という構造体が形づ

テトラヒメナは、1 台のコンピューター
（細胞）

くる穴です
（図 3）。核膜孔複合体は約 30 種類に 2 種類のハードディスク（細胞核）を搭載していの異なるタンパク質が組み合わさって構築されています。大核と小核の核膜孔複合体の成分を比較したところ、穴の内側に露出するタンパク質成分の 1 つであるヌクレオポリン 98（Nup98）が、大 核と小 核では全く違ったものであることが分かりまし た（図 3）。Nup98 は、細 胞質と細 胞核の間で行われる双 方向の物質輸送に必須の機能性タンパク質です。テトラヒメナの場
合、大核の核膜孔に存在する大核型 Nup98 は、小核へ運ばれるべき物質が 誤って大 核内へ侵 入す
ることを阻止し、同様に、小核の図3 テトラヒメナの核膜孔複合体とNup98
大核、

小核とも二重構造の核膜（グレー部分）
によって細胞質と仕切られている。
右側のモデル図はともに上側が細胞質、下側が核内。大核のNup98をオレンジ、
小核のNup98を青色で表わす。

200

Nup98 は、大核物質が小核へ侵入することを阻止していることが分かりました（図 4）。このようにし光ネットワーク技術

Ⅰ−１て、それぞれのゲノムの制御に関わる因子は、正しい細胞核へと正確に運び分けられていることが明らかになりました。テトラヒメナ
は、核内へのアクセス経路に構造

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

的な違いをつくり、それを利用して、2 種 類のハードディスク内の遺伝情報を巧みに制御していたの
です。
おわりに

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

テトラヒメナやゾウリムシなどの 繊 毛 虫 類 は、2 ～ 3 億 年 前 の図4

Nup98による誤方向への核内輸送に対する阻害効果琥 珀化石から現存種とほとんどく、彼らの起源は、そこからさらに数億年をさ大きなブレークスルーをもたらすものとして、

かのぼることになるでしょう。そんな太古に、彼2010 年度の日本原生動物学会賞を受 賞しまらがすでに遺伝情報の大量利用とバックアップ

した。

構築を両立させたシステムを完成させていたことに驚かされます。そのことは同時に、そのシ

Ⅰ−４

明らかにしたこの 研究は、原 生 動 物 学 研究に

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

変わらない形のものが見出されています。恐らⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ステムが、彼らを進化の勝者へと導いた堅牢性と柔軟性を持ち合わせた秀逸なものであったことを推測させます。この遺伝情報の使い分けシ
ステムは、生物学的に非常に興味深い現象であるだけでなく、その仕組みを理解することによって、細胞工学的な応用が期待できます。例えば、
イクロマシンが作製されるようになれば、それらを持たせ、使用するディスクと情報を自在に切り替えることができる多機能マシンを設計したり、アップから自動的に新しいハードディスクを再構築するシステムを持たせたりすることも可能になるかもしれません。
これま で 謎 とさ れていた 繊 毛 虫 が 2 種 類の細胞核に物質を正しく運び分ける仕組みを＊1

細胞核ハードディスク

I
C
T

細胞核ハードディスク内の遺伝情報は基本的に読み出し専用で、生物が自身の DNA 配列に新たな情報を書き込むことはできない。

＊2

テロメア

DNA を保護するために末端に存在する特殊な配列領域。大核では DNA が 断片化されているため、テロメアも大量に存在する。テロメア配列はテトラヒメナで初めて発見され、その研究は 2009 年にノーベル医学生理学賞を受賞した。

＊3

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

さらには、使用ディスクが破損した時に、バック

用語解説

基盤技術

に異なった情報を含んだ複数のハードディスク

Ⅲ 未来

人工細胞や、DNA コンピューターを搭載したマ

交配

単細胞生物の交配は「接合」と呼ばれ、接着した 2 つの異性細胞間で、遺伝情報（細胞核）の交換が行われる。接合後は 2 つの細胞由来の遺伝情報が混ざり合った新たな遺伝型の細胞となり、新しい世代がスタートする。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

201

未来ICT研究所（神戸）202情報通信の未来をつくる

研究者たち

Ⅳ

第

章

電磁波センシング
基盤技術
井口俊夫
川村誠治
浦塚清峰
笠井康子
高橋暢宏
津川卓也
亘 慎一
井戸哲也
花土ゆう子・今村國康
岩間 司
和氣加奈子
福永 香・藤井勝巳・
水野麻弥・登坂俊英

Ⅳ電磁波センシング基盤技術

社会を支える電磁波計測技術－原子・分子から宇宙空間スケールまでの課題解決に－

井口 俊夫（いぐち としお）
電磁波計測研究所
研究所長

大学院修了後、研究員を経て、1985 年郵政省電波研究所（現 NICT）に入所。海洋レーダの開発、熱帯降雨観測衛星のデータ処理アルゴリズム開発など、リモートセンシン
グの研究に従事。Ph.D. 趣味としては、最近はもっぱら囲
碁鑑賞と散歩をするぐらい。たまに、テニスを計画するも、その多くは雨のために流されるという雨男。

「電 磁波計測研究所の研究対象は、
時 刻 の 生 成、電 磁 波 計 測 技 術、リモートセンシング、宇宙環境計測など 多 岐にわたっています。ここでは、その研究内容を概観します。」

電磁波計測研究所には、
センシング基盤研究室、室です。この研究室では、私たちが用いる電気器

センシングシステム研究室、
宇宙環境インフォマティ

具からどのような電波がどれほど出ているかを

クス研究室、時空標準研究室および電磁環境研究

正確に評価する技術の研究をしています。たとえ室の 5 つの研究室があります。これら 5 つの研究

ば、電子レンジや LED 電球といった身近な器具

室の研究対象は、原子・分子の大きさから宇宙空

から、ほかの通信システムに害を与えるような電間までの幅広い空間スケールにわたっています。

波が出ていないかといった研究や、携帯電話などから発せられる電波がどのくらい体に吸収される

飛び交う電波の計測
研究所名である電磁波計測には、電磁波を計かという研究をしています。
正確な時間の作成

測するという意味と電磁波を使って計測するとい204

う 2 つの意味があります。電磁波そのものの計

他の 4 つの研究室では、電磁波を使っていろい

測に関する研究をしているのが、電磁環境研究

ろなものを測る研究をしています。時空標準研究

電磁波計測研究所の研究配置図

環境計測の高密度化・高頻度化

宇宙環境予測精度
向上

媒
質
の
研
究
自然
環
の計 境 電磁波環境
測

御
と制
測
計

電磁波媒質
の研究課題
発
高
生
精
技
術
度
化

Ⅰ−２

着実なサービスと秒の再定義への挑戦

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

センシング
基盤研究室

時空標準研究室

ワイヤレスネットワーク技術

センシング
システム研究室

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

宇宙環境インフォマ
ティクス研究室

電磁環境研究室
適用周波数拡張・
新技術対応

未利用周波数開拓
図 電磁波計測研究所の研究配置図



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

ギー間隔を正確に測る技術を磨いています。電場

レーダシステム構築技術を確立するとともに、や磁場あるいは光（電磁波）を使って原子やイオン

航空機搭載の合成開口レーダ（SAR）による移動をできる限り動かないようにし、そこに電磁波を体の速度計測技術等を含め、高性能かつ高機能

当て、吸収される電磁波の周波数を精密に測るこなデータ取得・処理基盤技術を研究開発していとにより、極めて正確な時間の基準をつくっています。

ます。この時間の基準から日本そして世界の時刻がつくられているのです。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

代ドップラレーダや衛星搭載レーダ等の先端的Ⅱ

室では、電磁波を使って原子の遷移状態のエネル

宇宙環境インフォマティクス研究室では、短波通信や放送、測位、また人工衛星の利用に悪影響を及ぼす宇宙の乱れを、観測とシミュレーショ

電磁波による環境計測

ンを用いて診断・分析し、より正確な宇宙環境情

10㎜、周波数 30 ～ 300GHz の電波）以上の高正、日本標準時の生成、供給と周波数校正、宇い周波数の電磁波を使って、大気中の微量成分

宙天気予報などを業務として行っています。このを測定したり、風を広範囲にかつ短時間で計測ような幅広い分野の研究や業務に対し、色々なするリモートセンシングの技術の研究をしていま

専門分野の研究者が協力し合って取り組んでいす。このような研究は、地球環境の状態を正確に

ます。

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

また当研究所では、無線機器の型式検定と較

基盤技術

センシング基盤研究室では、ミリ波（波長 1 ～

Ⅲ 未来

報を提供するための研究を行っています。

把握するために重要な研究です。
センシングシステム研究室では、レーダ技術を用いたリモートセンシングの研究をしています。短時間に降雨の 3 次 元 分布がわかる次世

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

205

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

気象レーダで風を見る／ 川 村 誠 治

気象レーダで風を見る－雨域内の風をモニタする改良型バイスタティック観測システム－「汎 用性が 高く安価なソフトウェア
無線とデジタルビームフォーミング
の技術で、従来の課題を克服する
新しい観測手法を開発に挑戦しています。」

川村 誠治（かわむら せいじ）

電磁波計測研究所
センシングシステム研究室 主任研究員

大学院博士課程修了後、日本学術振興会特別研究員を経て 2006 年に NICT へ入所。大気物理、レーダシステ
ムなどに関する研究に従事しています。趣味は物作り。
木工が大好きで電動工具を使って家具なども作りますが、子どもができてからはミシンで子ども服を作ったことも。
博士
（情報学）
。

風観測の現状近年、突風や局地的大雨（通称ゲリラ豪雨）などの気象災害が大きな社会問題の 1 つとなっています。時間・空間スケールの小さなこれらの災害の予測は、昨今、技術向上がめざましい気象
予報モデル（数値モデル）でも未だ困難です。その原因の 1 つは、観測データの不足です。数値モ
デルの分解能がいくら向上しても、計算の初期値となる現在の状態（観測データ）が分からなければ正確な未来は予測できないのです。
風はこのような気象災害における重要な情報の 1 つです。現時点で日本全土をカバーする風観
測としては、気象庁によるアメダス（地上風観測 :全国約 850 地点、約 21km 間隔）やウィンダス（風の高度分布観測 : 全国 31 地点）があります206

数 km といわれる局地的災害に対応することはの 1 つにバイスタティック観測があります。図 1

困難です。風を時間・空間的により細かく観測ではバイスタティック観測のイメージ図です。バイ

きれば、そのデータは気象予報モデルの入力値

スタティック観測では、既存の送信局の周辺に安としてだけでなく、直接的に局地的災害に対する価な受信専用局を付加するだけで真の風速を求非常に有効な防災・減災情報となります。今、こめることができます。

Ⅰ−１

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

気象レーダで真の風速を観測する有効な方法

光ネットワーク技術

が、これらだけでは空間スケールが数百 m からのような高い時間・空間分解能で、広いエリアをカバーする観測が望まれています。
気象レーダによる風観測

バイスタティック観測の課題
バイスタティック観測には、実用化へ向けていこのような要請に応え得る有望な観測手段のⅠ−３
ネットワークセキュリティ技術

くつかの課題がありました。その中でも特に深刻だったのが疑似エコー問題です。

間分解能数百 m で雨を測る装置で、すでに気象

バイスタティック観測では、送信局は非常に細い

庁・国土交通省によって日本全土をカバーするビームを送信し、受信局では幅の広いビームで横方観測網が展開・運用されています。雨の強度分向に散乱した電波（側方散乱）
を受信します。この図

布を測る装置ですが、雨で反射されて返ってくる

では送信ビーム（メインローブ）
は地点 A を向いて

電波のドップラーシフトを測ることで、レーダビーいるので、観測されるべきは地点 A の雨です。

庁現業レーダでもこのドップラーシフトによる風

円上にある任意の点です。ほとんどの電波は送観測が可能になってきました。ただし、こうして

信局⇒地点 A ⇒受信局と伝搬して受信されま得られる風速は真の風速ではなく、あくまでも風すが、目的と異なる方向に漏れ出す電波（サイド速のレーダビーム方向成分です。

ローブ）が存在するため、一部の電波は送信局⇒

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

地点 B は送信局と受信局を焦点とする同一楕Ⅱ

ム方向の風速も測ることができます。近年気象Ⅰ−４

図 2は疑似エコー問題の模式図を示しています。

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

1 つに、気象レーダがあります。気象レーダは空地点 B ⇒受信局と伝搬します。この時 2 つの経路長は全く同じなので、同一時刻に発射された電波は同一時刻に受信されることとなり、地点
A と地点 B の情報を区別することはできません。

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図 1 バイスタティック計測のイメージ通 常のレーダでは、
自分で送信した電波の後方への反射波（後方散乱）
を自分自身で受信する（モノスタティック観測）。
一方、電波は後方だけでなく様々な方向に反射される（散
乱）。バイスタティック観測では横方向への散乱（側方散乱）
を別の受信機で受けることで、モノスタティック観測による
ビーム方向の風速成分に加えてもう1つ別の風速成分を得ることができ、真の風速分布が分かる。

図 2 バイスタティック観測・類似エコー問題の模式図௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

207

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

気象レーダで風を見る／ 川 村 誠 治

図3

バイスタティック観測システムの模式図

もし地点 A にほとんど雨が降っていなくても、地

用する。
（3）
複数素子で受信した信号を位相調整

点 B に強い雨が降っていれば、その雨があたかしながら合成することで疑似的にビーム方向を変も地点 A にあったかのように観測されてしまう、＊化させるデジタルビームフォーミング
（DBF）
の信

これが疑似エコー問題です。

号処理を行う。図 3 の
（c）
と
（d）
ではサイドローブの影響を色の濃淡で表しています。改良型システ

改良型バイスタティック観測システム

ムでは同一楕円上のほとんどの部分で従来型より色が薄くなっており、疑似エコーの発生がそれだ

我々が提案している改良型バイスタティック観

208

け抑えられることが期待できます。

測システムの模式図を図 3 に示します。改良型シシミュレーション結果を図 4 に示します。弱い

ステムは次のような特徴を持ちます。
（1）
受信に複

雨の中に強い雨の領域を 3 つ配置した状態での数の素子からなるアレイアンテナを用いる。
（2）
ア

受信信号時系列を計算したものです。送信ビーム

レイの素子間隔を波長よりも長くすることで生じは図中②の雨だけを通っているのですが、従来シる多数の細いビーム（グレーティングローブ）を利

ステムでは①や③の雨の信号もはっきりと受信光ネットワーク技術

Ⅰ−１

②

B

アンテナパターン②③①③
ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

A

①

受信強度
送信局
疑似エコー

受信局

（a）従来型システムの受信強度A（b）従来型システムの受信信号時系列

B

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４（c）改良型システムの受信強度
図4（d）改良型システムの受信信号時系列

受信信号時系列のシミュレーション結果（DBF 処理後）では①や③の信号が効果的に低発を進めています。これらバイスタティック観測の減されており、疑似エコーの問題が大きく改善

要は、既存のレーダに付加するだけで機能する受されていることが分かります。

信システムです。この考え方を応用発展させると、ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

レーダでもバイスタティック観測システムの研究開Ⅱされてしまいます（疑似エコー）。改良型システム

自前では送信局を持たず、通信放送など他の目的
今後の展開で使われている電波を受信して情報を得る「パッシ数有効利用の観点からも今後重要となってくる技

この改良型バイスタティック観測システムの実証術です。我々は、地上デジタル放送波を用いたパッ実験を行っています。受信機には安価で汎用性

シブレーダの研究開発にも着手しています。

I
C
T

基盤技術

現在、沖縄偏波降雨レーダ（COBRA）
を使って

Ⅲ 未来

ブレーダ」
につながります。パッシブレーダは、周波の高いソフトウェア無線を用い、コンパクトな受局地的災害にも有効な観測システムの構築につながることが期待されます。
ソフトウェア無線の技術は、ソフトウェアを変更するだけで様々な用途に応用できます。その利点を生かし、気象レーダの他に、海流を測定する海洋

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

信システムの開発を目指しています。近い将来、
用語解説＊ デジタルビームフォーミング
（DBF）
アレイアンテナにおいて、複数素子で受信した信号を別々にサン
プリングし、位相を調整しながら合成することで、後処理で疑似的にアレイアンテナのビーム方向を変化させる技術。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

209

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

東日本大震災の被災地の 様 子 を 知 り た い ／ 浦 塚 清 峰

東日本大震災の被災地の様子を知りたい－航空機搭載高性能SAR（Pi-SAR2）による緊急観測－

浦塚 清峰 （うらつか せいほ）
電磁波計測研究所
センシングシステム研究室 室長

南極の氷の厚さを測ることからリモートセンシングの研究を始めて、現在の航空機 SAR につながる仕事をしながら、雲仙岳の噴火、有珠山、三宅島の噴火、新潟県中越地震…とさまざまな災害現場に立ち会ってきました。その中でも 2011 年の東日本大震災の桁違
いの恐ろしさには未だに震えが来ます。

210「被害状況を広範囲に把握するため、
NICT がかねてから開 発していた
航 空 機 SAR による観 測を東日本
大 震災の直後から準備し、翌朝の被災地の様子を公開しました。」

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

はじめに
2011年 3 月 11日に発生した東日本大震災は、
死者・行方不明者が 2 万人を超える惨事となり、その被災地域も青森県から千葉県に至る太平洋

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２側を中心に広大な範囲であり、すべての被災状
況の把握が困難な状況でした。
NICT では、地震発生翌日の 2011 年 3 月 12日午前 7 時 30 分から 10 時 45 分に東北地方の太平洋沿岸および主要道路付近の航空機搭載
高性能合成開口レーダ ＊（以後 Pi-SAR2）によるネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

緊急観測を行いました。
Pi-SAR2 は、NICT が 開 発 した 航 空 機 搭 載
SAR で、航空機から地上に向けて電波を送信し、地上を航空写真のように観測することができます。このレーダは、12,000m の高い高度からでに観測することができます。
NICT では 1990 年代末から1.5m の分解能を持つ SAR（Pi-SAR）
を開発して火山噴火や地震できます。また、5km 以上の幅を連続して一度

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

も 30cm の細かさ（分解能）で画像を得ることが
図1

2011年3月12日の飛行パス（地図提供：国土地理院）
紫 の長方形の部分が観測実施場所を表し、数字は観測の順序を表す。なお、管制からの指示により一部のパスにおいては観測が見送られた。

ました。Pi-SAR2 は、2004 年の新潟県中越地震

業で 12 時間以内に Pi-SAR2 を搭載してもらうの Pi-SAR 観測の経験から、もっと細かい情報が依頼をしました。地震により電話が不通になった

必要なことがわかり 2010 年に開発されたものでのは、DAS 社への詳細な指示・依頼を済ませた

す。東日本大震災の直前には九州地方の霧島山・直後でした。レーダ機器のうちデータを記録する

新燃岳での観測を行っていたところでした。

記録モジュールは、この直前（3 月 9 日）に実施しドエアサービス社（以後 DAS）
が所有する航空機ており、航空機のある名古屋空港までのこのモ（ガルフストリーム 2 型機）に搭載して観測しま

ジュールの緊急な輸送も必要でした。また、地震す。通常は観測の日程に合わせて装置を搭載し発生後から新幹線をはじめとする鉄道がすべてますが、それには 2 日ほどかかります。

運休となっており、観測者の名古屋への移動手段

I
C
T

基盤技術

た新燃岳の観測後の処理のため本部に持ち帰っ

Ⅲ 未来

Pi-SAR2 は名古屋空港近くにあるダイヤモン

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

態と判断し、すぐに DAS 社に連絡して、緊急作

Ⅱなどの災害の観測に有効であることを実証してき

大きな揺れ、そしてⅣ 電磁波センシング基盤技術も確保する必要がありました。そこで、自動車による機器輸送と観測者の移動をやむなしとして急遽レンタカーの手配をし、どうにか荷物運搬
NICT の Pi-SAR2 チームが東日本大震災に遭用のバンを借り受けることができました。もう少遇したのは、東京都小金井市の NICT 本部におし判断が遅かったら、迅速な観測開始には結びいてでした。大きな揺れを感じてただならぬ事つかなかったと思われます。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

211

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

東日本大震災の被災地の 様 子 を 知 り た い ／ 浦 塚 清 峰

通 常、Pi-SAR2 を 運 用 するに は、事 前 に 航空局に飛行パスを申請する必要があります。Pi-

ムーズで、翌朝 5 時頃に名古屋に到着し DAS に入構しました。

SAR2 チームは、地震直後から報道による情報

到着後直ちに、配線のチェック、機器の動作確収集を進めて、大急ぎで図 1 に示すような飛行パ

認、観測パラメータの入力の作業を行い、6 時

スを作成し、DAS に緊急の申請手続きをメール

50 分頃から飛行前の天候、フライトコース等ので伝えて車に乗り込みました。航空機に搭乗する確認の打合せを行い、航空機に乗り込みました。

職員 3 名が NICT を出発したのは 23 時頃の事

このとき、前日に大阪に出張中だった NICT の熊です。甲州街道等一般道は車で溢れ、渋滞して谷理事も名古屋に駆けつけて陣頭指揮に当たりいましたが中央自動車道に乗ると車の流れはスました。

図2 2011年3月12日午前8時頃に観測された仙台空港付近の画像
画像の大部分を占める黒い部分は、津波により冠水した地域を示している。

212

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

名古屋空港を 7 時 30 分に離陸して、前日に作成した飛行コースに沿って観測を進めて行きまし
たが、
福島第一、
第二原子力発電所の周辺だけは、飛行を迂回するよう管制から指示があり、それ以外の地域はすべて観測を行いました。Pi-SAR2 にワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

よる観測は直線飛行を基本とするため、旋回時にはデータ取得しません。この観測と観測の間の時間を利用して、機上処理システムを用いて複数枚の画像再生処理を行いました。このときの画像は処理の迅速性を考慮し、2km 四方の部分に限定しています。観測を終え、航空機が名古屋に着陸

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

した 11 時過ぎから機上で処理した画像データを
NICT の Pi-SAR2 チームに伝送を試みましたが、震災後の通信の輻輳のせいか、機上の緊急処理
データをすべて伝送できたのは、地震発生から24 時間後の 15 時近くになりました。このデータ

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

は、NICT の Web サイトに特別ページを立ち上げて広く一般に向けて公開いたしました。
被害状況がひとめでⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術取得した生データは記録モジュールを小金井に戻る車に搭載して持ち帰り、翌日から詳細な（5km 四方、偏波によるカラー画像）処理を行い、逐次、Web ページに掲載していきました。このうちの 1 つを図 2 に示します。仙台空港の画像であり、画像の大部分を占める黒い部分は、津波

Ⅲ 未来

により冠水した地域を示しています。
これらのデータは、災害現場において救難作
業や復興作業等に活用されることおよび一般市

基盤技術

I
C
T

民に広く状況を知らせることを目的として公開したもので、一定の目的は果たしたと考えておりまな部分もあり、今後はその点の改善が必要と考えています。
最後に、東日本大震災により亡くなられた方々のご冥福をお祈りするとともに、一日も早い復興を祈念しております。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

すが、レーダ画像の判読には専門的知識が必要
用語解説＊ 合成開口レーダ（SAR: Synthetic Aperture Radar）
マイクロ波を利用し、航空機等から地上に向けて電波を出し、地上を航空写真のように観測することのできるレーダ技術です。
電波を使うため曇や雨の天気でも夜でも観測できるメリットが
あります。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

213

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

超高感度センサが拓く新しい地球大気のすがた／笠井 康子

超高感度センサが拓く
新しい地球大気のすがた－国際宇宙ステーション搭載超伝導サブミリ波サウンダ（SMILES）－「世界最高感度により地球大気中の存在比で 1兆分の1程度しか存在しない物質計測を達成した超伝導サブミリ波リム放射サウンダ SMILES(Superconducting
Submillimeter-Wave Limb-Emission
Sounder) を紹介します。
」

214

笠井 康子（かさい やすこ）

電磁波計測研究所
センシング基盤研究室 主任研究員

共同研究者 :
佐川英夫、菊池健一、落合啓、入交芳久、安井元昭、
メンドロック ヤナ、バロン フィリップ
1995 年東京工業大学大学院理工学研究科博士後期課程修了。理化学研究所基礎科学特別研究員を経て、1998 年郵政省通信総合研究所（現 NICT）に入所。国際宇宙ステーション搭載・超伝導サブミリ波リム放射サ
ウンダ（SMILES）を始めとした大気リモートセンシング
観測研究に従事。趣味は SMILES。博士（理学）。

左から笠井康子、佐川英夫、菊池健一、落合啓、入交芳久、安井元昭
上部左からメンドロック ヤナ、バロン フィリップ光ネットワーク技術

Ⅰ−１

はじめに
超伝導サブミリ波リム放射サウンダ SMILES（Superconducting Submillimeter-Wave
Limb-Emission Sounder）は 2009 年 9 月にワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

国際宇宙ステーション（ISS）に打ち上げられ、現在は日本実験棟（JEM）曝露部に搭載されています（図 1）。オゾン層破壊や温暖化そして大気汚染などの地球大気環境変動では、大気中に

図1

SMILESと国際宇宙ステーション

存在する微量な分子やラジカル＊の働きが鍵にわれたものでした。測器の設計寿命は 1 年間でこれまで鍵になる働きをすると考えられていたしたが、2010 年 4 月に局部発振器が不具合をにも関わらず、あまりにも微量で従来は計測が起こし、さらには 2010 年 6 月から心臓部であ困難であった物質、例えば地球大気中の存在比

る超伝導ミキサを冷却する冷凍機が 4K に到達

で 1 兆分の 1 程度しか存在しない一酸化臭素

しなくなり、1 年に満たない期間で観測の継続を

BrO やヒドロパーオキシラジカル HO2、100

断念しています。しかしながら、従来より 10 倍

億分の 1 程度の次亜塩素酸 HOCl などを検出

以上の高精度の SMILES による観測は、地球大しました。現在はこれらの超微量分子の大気中

気の新しい姿を見せてくれました。これらの結果

における振る舞いについて詳細な研究を進めてはオゾン層回復と気候変動の関わりを始めとしいます。

た地球環境問題に対してユニークな視点を追加

SMILES ミッションの目的は、
1）4
K（−269℃）機械式冷凍機により冷却した

Ⅰ−４

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

量が低いという傾向があります。SMILES では、Ⅱの親しい研究者からは“Crazy Japanese”と言

す分子ラジカルは、アクティブであるほど存在

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

違えば無謀とも言える技術的挑戦に対して、海外ネットワークセキュリティ技術なります。反応性が高く大気組成の変化を起こするでしょう。ここではごく一部ですが、初期的な成果なども紹介いたします。

高感度サブミリ波超伝導受信機システムの宇宙における技術実証

SMILES 観測スペクトルとデータ処理

2）世界最高の超高感度観測により地球大気のSMILES は国際宇宙ステーションから見える

構（JAXA）の共同開発ミッションで NICT におを観測します。SMILES 観測スペクトルの一例

いては 1997 年から本格的に開発を開始しましを図 2 に示します。一見シミュレーションともた。SMILES では大気からのサブミリ波放射を見紛う、美しい測定スペクトルが得られました。

受信し、周波 数を落としたのちに分 光します。

2009 年 10 月に出た初データは国際会議等でSMILES 測器開発は近年の「
“小短軽”
（小型、開

紹介するたびに関連研究者から“Impressive！

発期間を短く、質量を軽く）」衛星開発の傾向とJapanese Technology ！”な ど の 敬 意 と 称は逆行した挑戦的な開発でした。質量 500kg、賛の言葉が次々と贈られてきました。これには消費電力 400W、これまで宇宙では例のなかっSMILES 測器チームの技術力の高さを改めて感た 4K 超伝導受信機開発、など大型でひとつ間

じました。

௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻI
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

地 球 周縁の大 気のサブミリ波 放 射スペクトル基盤技術です。SMILES は NICT と宇宙航空研究開発機

Ⅲ 未来

新しい姿を拓く215

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

超高感度センサが拓く新しい地球大気のすがた／笠井 康子

図2

SMILESで観測したスペクトル

図3

SMILESのデータ処理系の概念図

NICT では、測器開発のほか、このスペクトルから大気中分子・気温・水蒸気・氷雲・風速などを導出する Level2 アルゴリズム開発と処理、データのグリッド化などの Level3 データ処理を行うと共に、これらのデータ配布を行っています。

図4 SMILES観測データを実況するWebページの例

NICT の地球環境計測分野はこれまで測器開発が主流であり、大容量の地球観測衛星データの最近の成果

準リアルタイム処理を行うのはこれが初めての試216みでした。打ち上げ 2 カ月後の 2009 年 11 月末

SMILES ではこれまで上部成層圏から中間圏にには宇宙ステーションからの SMILES 観測デー

おいて光化学ラジカル物質（大気微量成分）の観測

タを準リアルタイムで処理したものを実況するを行いました。
これらのグローバルな日変化観測は「SMILES 観測データのクイックルック」を世界に

この高度領域においてはこれまで存在しておらず、発信する準備が整いました。図 3 にデータ処理

世界で初めてのことでした。図 5 には SMILES 観系の概念図と図 4 にはデータクイックルックペー

測で初めて得られた赤道域上空における ClO とジの一例を示します。

HOCl の 24 時間変化を示しました。例えば高度光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２の反応により HOCl となり、夜明けと共に HOCl

現在では環境衛星観測は珍しいものではなくな＋ hv → Cl ＋ OH、Cl ＋ O3 → ClO ＋ O2 と 変りました。観測で得られる大量の衛星観測データ換していく様子を観測により捉えています。これらに対してデータ処理が追いついていないことがは理論的計算では予測されていたものの、グロー問題になってきています。また、たくさんある衛バル観測では SMILES が初めて実証した現象で星データの統合的解析の重要性も増してきましす。SMILES 観測事実により定量的な解釈が可能た。今後は、NICT で進められているサイエンスになりました。オゾン破壊化学反応のメカニズム

クラウドプロジェクトを用いて、衛星データ処理の詳細な理解は、人類の多くが居住する中緯度を 1 桁高速化し、データ統合することにより新しや赤道域におけるオゾン破壊量の定量的な見積

い世界を展開していきたいと思っています。

Ⅰ−４

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

性を増すでしょう。しかし 20 年前とは異なり、Ⅱ

塩素原子 Cl が、夜間には ClO ＋ HO2 → HOCl



社会経済活動をサポートすることは今後も重要

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

45km に注目すると、昼間には ClO の姿をした

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

図5 上
 部成層圏（高度45km付近）において、日没とともにClOがHOClに変換し、夜明けとともに再びClOに戻る様子を初めて実測定で捉えました。
［T.O.Sato, Titech, Private communication］

りを可能にし、オゾン層破壊回復時期予測の精度向上に貢献します。これら SMILES で得られた研究結果を用いて今後は WMO（世界気象機関）へ

SMILES 観測データのページ
https://smiles-p6.nict.go.jp/products/operational_
latitude-longitude-2days.jsf

Ⅲ 未来の提言をしていくことを目指しています。

参考
SMILES のホームページ
http: //smiles.nict.go.jp/

これから基盤である大気質や水資源に対して影響を及ぼ

用語解説＊ ラジカル
通常は 2 個 1 組で原子核の周りの軌道上を回転しているはずの電子が何らかの条件によって1つしかなくなっている状態のこと。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術する主要な強制力のひとつとなり、生物の生存

基盤技術

現在、人類活動は地球大気環境システムに対ICTしています。宇宙からの大気環境の監視は、地球の温暖化や大気汚染と健康被害などの現実の実態把握の道具として非常に有効です。これらのデータを有効に使い、安心・安全な国民生活・௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

217

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

世界の雲分布を計測し地球温暖化の鍵を探る／高橋 暢宏

世界の雲分布を計測し地球温暖化の鍵を探る－EarthCARE（アースケア）衛星搭載の雲プロファイリングレーダの開発－「NICT がこれまで培ってきた雲や雨を計測するレーダ技術は地球全体の雲や降水を監視する衛星へと発展してき ました。EarthCARE 搭 載 の 雲プロファイリングレーダはそのうちのひとつです。この衛星は地球温暖化予測の研究等に役立てられます。
」

高橋 暢宏（たかはし のぶひろ）

経営企画部
企画戦略室 総括プランニングマネージャー

大学では気象学を専攻し、レーダを使った降水システムの解析等を行ってきた縁で、熱帯降雨観測衛星（TRMM）
が打ち上がる 3 年ほど前に、郵政省通信総合研究所（現
NICT）に入所した。以来、衛星搭載降雨レーダや雲レーダ
とかかわりを持ってきている。クラリネット演奏が趣味で、長年オーケストラで活動している。最近は、もっぱら息子と遊ぶことが最大の楽しみになっている。

地球温暖化問題の解決を目指して
地球温暖化に代表される気候変動の問題は、
私たちに身近な問題となってきています。特に将来への不安を少しでも減らすという観点から、低炭素社会の実現、省エネ、エコというキーワードが頻繁に使われています。この問題に対する科学の役割としては将来の姿を正確に予測することが考えられます。例えば、将来どんな気候になるのか？四季はどうなるのか？年ごとの天候の変化
は大きくなるのか？といった疑問に答えることです。その鍵となるプレーヤーは数値気候モデルです。いま話題の「京（けい）」や「地球シミュレータ」といったスーパーコンピュータがそれに該当します。地球温暖化問題では、二酸化炭素の増加による温暖化のシミュレーションが数多くなされて218

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

CPRは雲の鉛直構造の情報を取得するのに用いられます。

やエアロゾルといわれる大気の塵です。といいまとなっています。このようなことから、雲の、それすのも、高い高度にある雲（絹雲など）
は氷粒子かも地球全体での、高さや厚さを正確に観測する

らなっており、太陽光は透過しますが地球表面かことが重要なのです。そこで、人工衛星の出番でら放射される赤外線は吸収しますので、温暖化にす。人工衛星なら広い太平洋の真ん中でも、人が寄与する効果を持っています（毛布の役割などと住んでいないような砂漠でも、同じように観測すいわれています）。一方、低い高度にある雲（層積ることができるからです。

I
C
T

基盤技術

ピュータによる予測であっても非常に難しい問題

Ⅲ 未来

いますが予測精度向上の鍵を握っているのは雲ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

EarthCARE観測イメージⅡ

図1

雲など）は真っ白く見えることからもわかるように、太陽光をよく反射して、地表面の気温を下げ

EarthCARE ミッションができるときに核として働きます。そのため、雲このような 背景 のもとに、EarthCARE ミッの現れる高さが違ってくると温暖化の度合いがションはスタートました。EarthCARE は英 語

変わってくるのです。さらに細かく言えば、雲によの Earth Clouds, Aerosols and Radiation

る効果は雲粒の大きさや雲の層の厚さ、また相Explorer を略したもので、日本語では雲・エア

状態（雨か雪か）などで決まるため、スーパーコン

ロゾル放射ミッションと訳されますが、地球上の௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術る効果を持っています。そして、エアロゾルは雲

219

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

世界の雲分布を計測し地球温暖化の鍵を探る／高橋 暢宏

雲とエアロゾルを立体的に観測し、地球上の放発）によって実を結んでいます。そして、さらに技

射バランスのメカニズムを明らかにすることを目術的に難しい高周波レーダ（雲レーダ）へと挑ん的とした人工衛星です。この衛星計画は欧州宇できました。1996 年には航空機搭載の雲レーダ

宙機 関（ESA）と日本（宇宙航 空研究 開発 機構 :の開発を行い、この実績をもとに 2007 年から

JAXA と NICT）の共同 開発計画であり、2015

JAXA と共同で CPR の本格的な設計・開発を開年の打ち上げを目指しています。図 1 に観測のイ始しました。NICT はこれまでの雲レーダの開発

メージを示します。この EarthCARE 衛星の大経験を活かして、送受信部と 1 次放射器の機能

きな特徴は 94GHz（波長約 3mm）の雲プロファ

をもつ準光学給電部の開発を担当し、直径 2.5m

イリングレーダ（以下 CPR といいます）とライダーの大型アンテナと信号処理部、そしてレーダの全（レーザ光を用いたリモートセンサー）を同時に体システムを JAXA が受け持っています（図 2 に搭載していることで、これによって雲やエアロゾ

CPR の概念図を示します）。送受信部は 94GHz

ルの出現高度などの鉛直の分布情報を測定しまの電波をパルス状に送信し、雲から返ってきた電す。CPR は JAXA と NICT が 協 力して 開 発し、波を受信する機能を持つ、CPR の心臓部と言えライダーなどその他の機器の開発
および衛星打ち上げは ESA が担当しています。
私たちが開発する CPR のチャ
レンジは雲の立体的な構造の計
測にドップラー速度計測機能から得られる雲内の上下運動の情報を加えることによって、雲の実態を明らかにすることです。このドップ
ラー速 度計 測機能は、雲や降水を測る衛星搭載のレーダとしては
EarthCARE が初めて挑戦するもので、世界から注目されています。
NICT だからこそ
NICT ではこれまでもリモートセンシング機器の研究開発を長年にわたって行ってきており、その成果が 1997 年に打ち上げられた
熱帯降雨観測衛星（TRMM）搭載の降雨レーダや 2014 年打ち上げ
予定の全球降水観測計画（GPM）
主衛星搭載の二周波降水レーダ（DPR）（いずれも JAXA と共同開

220

図2

EarthCARE衛星搭載雲プロファイリングレーダ（CPR）の概観図
C PRは直径2.5mの主反射鏡（アンテナ）、送受信部、準光学給電部、信号処理部から構成されています。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図3

EarthCARE/CPRの送受信部のエンジニアリングモデル

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術ます。準光学給電部は送信と受信を分離する機能を持ち、光学的なアプローチで少ない損失を実現するとともに、ドップラー計測機能を満たすための高い製造精度を実現しました。
現在、CPR はエンジニアリングモデルというⅢ 未来

実際に搭載する機器の性能を確認するためのモデルの開発を終え、打ち上げに耐え、宇宙環境において所望の性能が実現できることを試験・確

基盤技術

I
C
T

認しています（図 3、4 に NICT が開発した送受信部と準光学給電部のエンジニアリングモデル

図4 EarthCARE/CPRの準光学給電部のエンジニアリングモデル

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術の写真を示します）。今後、搭載機器の製造・試
験、打ち上げがあり、そしてそのあとに CPR のデータを用いた研究が待っています。長い道のり
ですが、一歩一歩着実に進めることができれば、と考えています。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

221

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

東北地方太平洋沖地震後の大気の波、宇宙まで到達／津川 卓也

東北地方太平洋沖地震後の大気の波、宇宙まで到達
でんりけん－300 km上空の電離圏で波紋状の波を観測－「巨 大 地震は地中や海洋の波だけ
でなく大気の波も起こし、300㎞
上空まで到達していたことを示す
現象が、NICTの電離圏定常観測によって初めて詳細に明らかになりました。」

津川 卓也（つがわ たくや）

電磁波計測研究所
宇宙環境インフォマティクス研究室 主任研究員

大学院博士課程修了後、日本学術振興会特別研究員（名
古屋大学、
マサチューセッツ工科大学）等を経て、2007 年、
NICT に入所。電波伝播に障害を与える電離圏擾乱現象の監視・予測・補正に関する研究に従事。博士（理学）。特
技は剣道で学生時代は体育会剣道部の主将として全国大会にも出場。趣味はバイクツーリングと最近始めたテニス。

はじめに
高さ約 60km 以上の地球の大気は、太陽から
きょくたんしがいせんの極 端紫外線等によってその一部が電離され、プラスとマイナスの電気を帯びた粒子から成る
電離ガス（プラズマ）となっています。このプラズ
でんりけん

マ状態の大気が濃い領域を電 離圏と呼びます。
この「宇宙の入り口」とも言える電離圏は、高さ300km 付近でプラズマの濃さ（電子密度）が最も高く、短波帯の電波を反射したり、人工衛星からの電波を遅らせたりする性質を持ちます。電離
じ き け ん圏は、太陽や磁 気圏、下層大気の活動等の影響を受けて常に変動しており、しばしば短波通信や、衛星測位の高度利用、衛星通信等に障害を与えます（図 1）。このような電離圏の変動の監視や、その予報につながる研究を行うため、電磁波計測研

222

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

発生した東北地方太平洋沖地
震（マグニチュード 9.0）の約 7分後から数時間にかけ、震源付
近から波紋のように拡がり電離圏内を伝播する大気波動を

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

捉えました
（図 2）
。
地震後の電離圏観測
電離圏を突き抜ける電波は、伝播経路上の電子の総数と電電波伝播に対する電離圏の影響

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

図1

波の周波 数に依存して、速 度が遅くなります。この性質を利用し、GPS 衛星から送信される周波数の異なる 2 つの信号から、受信機と衛星を結ぶ経路に沿って積分した TEC が測定できます。TEC には、電子密度が最大となるタを利用して算出された TEC 変動を図 3 に示しちゅうます。このように稠密な GEONET と視野内にあるすべての GPS 衛星を用いることで、高い空間解ます。約 1,200 観測点から成る GEONET のデー

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

高さ約 300km の電離圏の変化が強く反映されⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

像度で広範囲に電離圏が観測できます。図 3 では、TEC の 10 分以下の短周期変動を示しており、単位は TEC Unit
（TECU）= 1016 個 /m2 で表されます。色は TEC 変動の振幅を示しており、赤は定常レベルから +0.2TECU、黒は－ 0.4TECUです（この時刻の背景 TEC は 20 ～ 30TECU）。
この TEC 観 測によると、赤い星印で示した震Ⅲ 未来

央（北 緯 38.322 °、東 経 142.369 °、アメリカ
地質 調査 所による）から、約 170km 南 東にず

I
C
T

基盤技術

図2 地
 震後に高度300kmの電離圏まで大気波動が到達したことを示す現象の概要図
高さ20,000kmを周回するGPS衛星の信号を、地上のGPS受信機網（GEONET、約1,200観測点）で受信し、高さ300km付近の電離圏を観測します。地震後に、震央付近の海面で励起された大気の波が、高さ300kmまで到達し、電離圏に波紋を作ったと考えられます。

れた場所（×印）を中心に、地震の約 7 分後から
電離圏で波が現れ始め、同心円状に広がっていました。私たちは、この同心円の中心を「電離圏

オノゾンデ網による電離圏定常観測に加え、京都

震 央」と名付けました。この電離圏震 央は、海大学、名古屋大学と共同して国土地理院の GPS

底津波計等で推定された津波の最初の隆起ポ

受信機網
（以下
「GEONET」）を利用した電離圏

イントとほぼ一致していました。同心円状の波

全電子数（以下「TEC」）
観測を行っています。こは、西日本では 18 時 00 分頃まで観測されての観測の中で、2011 年 3 月 11 日 14 時 46 分にいました。

ぜんでんしすう௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

究所宇宙環境インフォマティクス研究室では、イ

223

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

東北地方太平洋沖地震後の大気の波、宇宙まで到達／津川 卓也

図 4 は、イオノゾンデを用いた電離圏電子密

震直前（上図）と直後（下図）の電子密度の高度分

度の高度分布を示しています。電離圏は電子密布を示していますが、地震直後の高度分布が地度に応じた周波数の電波を反射する性質があ

震直前の通常見られる滑らかな分布とは異なっりますが、イオノゾンデは地上から周波数を変て乱れており、20 ～ 30km の鉛直波長を持つ

えながら上空に電波を発射し、電離圏からのエ波が 高さ 150 ～ 250km の電離圏内を伝播しコーの時間を計測することにより、電子密度のていたことが分かりました。

高度分布を観測します。NICT では、国内 4 ヶ所

これらの観測結果から、巨大地震は、地中の（北海道、東京、鹿児島、沖縄）で定常的に観測波（地震波）、海洋の波（津波）だけではなく、大気を行っています。図 4 では、鹿児島・山川の地の波（音波、大気重力波）を起こし、その大気の

図3

224

14:50（JST ＝日本標準時）［地震の約 3 分後］

15:00（JST）［地震の約 13 分後］

15:25（JST）［地震の約 38 分後］

15:55（JST）［地震の約 68 分後］

GEONETを利用して算出されたTEC変動
T ECは単位面積を持つ鉛直の仮想的な柱状領域内の電子の総数で、一般にTEC Unit（TECU）= 1016個/m2で表されます。ここでは、10分以下の短周期変動のみを示しています。色はTEC変動の振幅を示しており、赤は定常レベルから+0.2TECU、黒は－0.4TECUです（この時刻の背景TECは20～30TECU）。赤い星印は震央、×印は電離圏震央を示しています。同心円の補助線は電離圏震央を中心としています。
動 画は右記Webサイトで閲覧・ダウンロードが可能です。 http://www.seg.nict.go.jp/2011TohokuEarthquake/index_j.html

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

波が電離圏まで到達したと考えられます（図 5）。
このような電離圏内の波は、2004 年のスマトラ地震や 2010 年のチリ地震等、ほかの巨大地震でも観測されていますが、高い分解能かつ広範
囲に、現象の起こり始めから伝播過程までの全ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

体像を詳細に捉えたのは今回が初めてです。
今後の展望
近年、電離圏の変動は、太陽や磁気圏など上方からの影響に加え、対流圏など下層の中性大ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

気の変動も大きく関わっていることが明らかになってきました。しかしながら、下層大気の広範
囲かつ高解像度の観測が難しいこともあり、その電離圏への影響は未だ明らかになっていません。今回の観測は、下層大気の変動と電離圏のなります。また、地震の約 7 分後には電離圏で変動が現れ始めることと、その変動の中心が津波の波源とほぼ一致することから、広域かつ高ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

宙からの津波監視といった実利用にも応用でき

図4 鹿 児島・山川のイオノゾンデ観測から得られた地震直前と直後のイオノグラム
イオノグラムの横軸は周波数、縦軸は見かけの高さで、電離圏に打ち上げた電波の反射(エコー)の様子を示しています。通常の電離圏エコー(上図)と異なり、見かけの高さ200～300㎞(実高度で150～250㎞)付近において、
電離圏エコーの乱れが見られました(赤丸部分)。この乱れは、電離圏内に20～30㎞の鉛直構造を持つ波が存在したことを示しています。

Ⅱ

解像度のリアルタイム電離圏観測が進めば、宇

両者の関係を明らかにする研究の貴重な資料に

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

変動の因果関係が比較的はっきりしているため、る可能性を示しています。

Ⅲ 未来※共同研究者（敬称略）
NICT: 丸山隆、西岡未知、
品川裕之、加藤久雄、
長妻努、村田健史
京都大学 : 齊藤昭則
名古屋大学 : 大塚雄一
電気通信大学：松村充

基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図5

地震後の大気波動と電離圏変動の発生メカニズム 離圏で観測された同心円状の波の第一波（約3.5km /秒）は、レイリー波（表面波）で励電
起された音波によるものと考えられます。第二波以降の波は、電離圏震央や津波波面で励起された大気重力波によるものと考えられます。また、波紋状の波に加えて、電離圏震央付近では電離圏プラズマ密度の減少（背景に対して20％程度）や、約4分周期のプラズマ
密度変動も観測されました。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

225

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

太陽から地球までの観測データをもとに宇宙環境の変動を予測する宇宙天気予報／亘 慎一

太陽から地球までの観測データをもとに宇宙環境の変動を予測する宇宙天気予報－日々の生活に少なからず影響を与える
宇宙環境の情報をリアルタイムに提供する－「通 信 や 放 送 など に使 わ れてい る
人工衛星、衛星を使った測位、電力システムなどに影響を与える宇宙環 境 の 変 動を 予 測する宇 宙 天 気
予報について紹介します。」

226

亘 慎一（わたり しんいち）

電磁波計測研究所
宇宙環境インフォマティクス研究室 研究マネージャー

宇宙天気の研究に長くたずさわっているのですが、まだ、本物のオーロラを見たことがありません。機会があればぜひ見に行きたいと思っています。

響が出ます。その後 2、3 日経過すると、太陽フⅠ−１
光ネットワーク技術

宇宙天気予報とはレアに伴って放出される電気を帯びた雲のようなものが地球に到達して、地球の磁場が乱されまさまざまな形で私たちの暮らしに影響を与えてす。地球の磁場が乱されるとオーロラが見えるこ

います。NICT は長年にわたり宇宙天気の研究やとがありますが、その一方で地磁気の変動によっ予測を行い、「宇宙天気予報」として情報提供をて地上の送電システムに誘導電流が発生して障行っています。

害が起きる可能性もあります。最近では、GPS などの衛星を使った測位が一般的になって、旅客

微量の電気を帯びた粒子が存在し、それらの粒機の運航や離着陸、あるいは土地の測量や無人子により、宇宙の環境は日々変動しています。この農作業機械などにも利用されるようになっての宇宙環境の変動は地上と同様に太陽の影響をきていますが、衛星測位システムを高度に利用す

大きく受けています。例えば、太陽の表面で太陽るためには、宇宙天気の影響も考慮する必要がフレアと呼ばれる爆発現象が発生すると、その影あります（図 1）。

生から数十分から数時間後には、エネルギーの与えるような宇宙環境の変動を総称して「宇宙天

高い粒子が太陽から到来して人工衛星に障害を気」と呼び、太陽や太陽風などのリアルタイムの起こしたり、宇宙飛行士が被曝したりといった影

観測データから宇宙環境の変動を予測し、そのⅠ−４

こうした人間の作ったシステムや人間に影響を新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

響が地球周辺にまで及びます。太陽フレアの発

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

真空で何もないと思われている宇宙空間にもⅠ−２
ワイヤレスネットワーク技術

宇宙環境の変動は地上の天気と同じように、Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

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C
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Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

宇宙天気の影響௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

227

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

太陽から地球までの観測データをもとに宇宙環境の変動を予測する宇宙天気予報／亘 慎一

情報を提供するのが宇宙天気予報です。私たち

がってきましたが、人工衛星の利用や国際宇宙は日頃から外出前に天気を調べたり、テレビのステーションに人が滞在するなど人類の宇宙利

天気予報を見て洗濯するかどうかを決めたりしま用が進んできています。そこで、これまでの経す。地上の天気予報と同じように、人工衛星など

験を宇宙天気予報として宇宙利用などにも役立

宇宙天気の影響を受ける可能性のあるシステムてていこうということで、NICT は世界に先駆けを運用している人たちは、宇宙天気予報を参考て 1988 年に「宇宙天気予報」の研究プロジェクにしています。

トをスタートさせました。このときから「宇宙天

実際、2003 年 10 月末の「ハロウィン・イベン

気予報」という言葉を使っています。アメリカがト」と呼ばれている太陽の活動が非常に活発に

National Space Weather Programと呼ばれなった時期に、日本の人工衛星「こだま」に搭載

る同様の研究プロジェクトを始めたのは 1995

されたセンサーにノイズが入って地球の方向を見

年、ヨーロッパで欧州宇宙機構（ESA）が宇宙天失い、衛星の姿勢制御に不具合が発生しました。

気プロジェクトを始めたのは 1998 年のことでまた、1989 年 3 月にカナダのケベック州で起きした。

た 9 時間にも及ぶ停電は、地磁気嵐による地磁気の大きな変動が原因です。
宇宙天気予報のはじまりについて

宇宙天気の情報配信について
NICT の予報センターでは、太陽、太陽風、磁気圏、電離圏の地上や人工衛星によるほぼリアル

NICT が、その前身である郵政省電波研究所

タイムの観測データを常時モニタリングし（図 2）、であった頃、1957 年の IGY（国際地球観測年）の際には、既に現在の宇宙天気予報のルーツとなる短波電波を使った通信のための予報警報を行っていました。当時は国内外の通信や放送などで短波電波が広く利用されていました。その短波電波の伝播に影響を与える宇宙環境の変動を予報することは、電波研究所にとって重要な使命でした。また、IUWDS（ウルシグラム世界
日業務）という国際機関があり、日本も参加して国際的な情報交換を行っていました。その後、1996 年に IUWDS は、ISES（国 際 宇 宙環 境 情報サービス）と名称を変更して現在に至っています。ISES には、現在、アメリカ合州国、インド、オー
ストラリア、カナダ、韓国、スウェーデン、チェコ
共和国、中国、日本、南アフリカ共和国、ブラジ
ル、ベルギー、ポーランド、ロシアの 14 カ国が参加しています。
衛星 通 信や 光ファイバーによる通 信が増えたことで、以前に比べて短波通信の重要度は下

228

図2 A
 CE衛星からのリアルタイム太陽風データを受信している
NICTのアンテナ

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図3

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３
毎日、午後2時半に行われる宇宙天気予報会議の様子 （右）廊下に響きわたる鐘の音が、会議招集の合図

地球に影響を及ぼしそうな現象が起きた場合には、適宜、臨時情報を配信しています。毎日、午後

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

2 時半に予報会議（図 3）を行い、日々のデータか
ら太陽フレア発生や地磁気嵐発生の予報、太陽高エネルギー粒子現象の発生状況などについて検討を行い、その結果を日本時間
（JST）
の午後 3
時に配信しています。NICT の Web サイト（図 4）

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術から公開するほか、電子メールでも情報を送って配信しています。また、毎週金曜日には週報を配信しています。宇宙天気予報を一般の方にもわかりやすいかたちで情報提供するため YouTube の
NICT Channel ＊から「週刊宇宙天気ニュース」という動画による宇宙天気情報の配信も行ってい

Ⅲ 未来

ます。
NICT は、スーパーコンピュータを使ったシミュ
野においては、他の国の予報センターに比べて

図4

I
C
T

宇宙天気情報のWebページ（http://swc.nict.go.jp）

基盤技術

レーションにも力を入れていて、数値モデルの分進んでいます。リアルタイムデータによる「ナウ
的には数値予報の活用が重要だと考えています。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

キャスト」や経験モデルによる予測に加え、長期＊ YouTube の NICT Channel:

http://www.youtube.com/user/NICTchannel௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

229

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

誤差
万年に 秒 ／ 井 戸 哲 也

6,
5
0
0
1

誤差6,500万年に1秒－日本発の光格子時計で1秒の新たな定義を狙う－「さらなる時の細分化を求める現代社会。時計の振り子を毎秒 400 兆回という光の振 動で実現し、桁 外れの 精 度を 皆 様 にお届 けすべく、
光原子時計とその配信技術を研究しています。」

井戸 哲也（いど てつや）
電磁波計測研究所
時空標準研究室 主任研究員

大 学 院 修了後、JST-ERATO 研究 員、JILA（米国 NIST/
コロラド大学）Research Associate、JST- さきがけ研
究者を経て、2006 年、NICT に入所。大学院修了後より Sr 原子のレーザー冷却及びその原子時計への応用、
また精密光計測技術や周波数コム技術を利用した真空紫外光発生の研究に従事。博士
（工学）。

背景
NICT が 国 民 の 皆 様に供 給している日本 標
準時は、世界標準時があってそれを中継して国内に配っている、というものではなく、あくまでNICT 内にある多数の原子時計で自ら生成しているものです。従って、NICT 内でできるだけ正確な 1 秒を生成する能力を保持する必要があります。現在、国際単位系の 1 秒はセシウム原子の9.2GHz のマイクロ波遷移＊1 で定義されており、
NICT にて開発したセシウム原子泉方式周波数（誤差 2,000 万年
標準は 1.4 × 10 -15 の不確かさに 1 秒）
で 1 秒を実現できます。
しかし、通信においてその媒体を電波から光へ変更して高速大容量が実現したように、周波数標準においても光による方式を確立すると性230

り光原子時計の開発が精力的に行われてきてお時計を構築できることに気づき、2003 年にはり、近年ではマイクロ波時計を凌駕する光原子

筆者と共にドップラーシフトのない非常に先鋭時計方式が複数開発され、秒の定義を書き換えな原子スペクトルを得る原理検証実験に成功しることが議論されています。光原子時計の方式

ました。そして 2006 年には東大の他、米仏のとして現在欧米発で 30 年以上の歴史のある単研究機関で得られた時計遷移の周波数がよい

一イオントラップ方式 ＊2 と今世紀に入ってから一致を示したために、この光格子方式の原子時

日本で提案された光格子時計方式があります。

計はその信頼度が認められ、現在 10 近くの国

また、光原子時計の開発と並んで秒の改訂のカ

立標準研究所において研究が 精力的に進めらギを握るのが、遠隔地にある周波 数 標準を比れています。

較・較正する技術です。標準として世界中で皆

Ⅰ−２

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

が 1 秒を共有するためにはそれぞれの時計が一Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

起こさずに強くトラップでき、高性能な光原子

光ネットワーク技術

能が劇的に改善します。そのため、前世紀末よ

光ファイバによる高精度光周波数標準伝送技術

致した時間を生成することを確認する必要があり、光原子時計による高性能化に見合う性能改

光ファイバは温 度 変 化や振 動による伸縮や善を遠距離周波数比較技術においても実現する

屈 折率 変 化によって光 路 長 が 変 化し、このた必要があります。

め受け手側ではドップラーシフトした間違った開始しました。そしてこの時計が生成する基準

り返し、送 信側では伝 送 路で 生じた位相 雑音

光周波数を、開発した光ファイバによる高精度を検 出し、それを抑 制するよう位 相 補 償を 送

光周波数標準伝送システムによって東京大学（以

信側で施すことによって受 信側に忠 実に光周下「東大」）に伝送し、東大の光格子時計との遠波 数を 送 信 で きます。2011 年 の 実 験では 小

距離周波数比較を行い、光格子時計の普遍性と金 井−大手町間の NICT が運 用する光ネット

光周波数標準の伝送・比較技術の確立を実現

ワークテストベッド JGN2plus（現 JGN-X）をし、さらなる精度向上を図っています。

利 用した NICT −東 大 間 のファイバ長 60km

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

で受 信光の 一 部を同一ファイバ で 送 信側に送Ⅱ

子時計を独自開発し、2010 年半ばより動作をⅠ−４

周波数を受信してしまいます。そこで、受信側新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

時空標準研究室ではストロンチウム（Sr）光格において約 400THz の 光 周 波 数を 積 算 時 間
光格子時計とは1 秒で標準偏差 1Hz 以下の伝送精度で伝送す共鳴になるようレーザー周波数を調整すること

傍に敷 設される等、雑音環 境が劣悪な場合がによって得られます。このときに原子が 動いて多く、今回この精度は天 候 が穏やかな 真 夜中

いるとドップラーシフトを受けてしまうために原という好条件においてのみ得られたものです。

子を空間に強く固定する（トラップする）必要が

欧 州では静かな 地中に敷 設されたファイバにあります。前世紀においてはイオンを使用してよって伝 送 距離 1,000 ㎞のリンクも実証され電場でトラップするイオントラップが唯一の固ており、今 後、世界 一 の 伝 送 能 力を実 証する定する方法でしたが、2001 年に東大の香取秀にはファイバの 敷 設環 境を改善することが必俊教授は特定の波長のレーザー光の干渉縞（光要不可欠になります。

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

ファイバ 線 が 空中に宙づりされたり鉄 道の近基盤技術

光原子時計は原子遷移に常にレーザー光がⅢ 未来

る能 力をまず 確 認しました。ただし日本 では格子）に原子をトラップすれば、周波数シフトを௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

231

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

誤差
万年に 秒 ／ 井 戸 哲 也

6,
5
0
0
1

図1

NICT-東大光ファイバリンクによる光格子時計周波数比較の模式図
武蔵野台地の上にあるNICT小金井本部は東大本郷キャンパスに比べて標高が56ｍ高い。

NICT- 東大光格子時計周波数比較

瞭に観測され、両地点の光 格 子時計が 同じ周波数を生成していないことが分かります。しかその後図 1 に示す構成で NICT と東大の光し、この周波 数 差は主に NICT、東 大の 56m

格子時計の周波数比較を行いました。ストロンの標高差に起因しており較正することが可能でチウム光格子時計は波長 698nm の光周波数

す。NICT に比べて標高が低く重力が大きい東標準信号を生成しますので、NICT（ 送信）側で大では一般 相対性理論が示唆するように時のまず光周波 数コム を利用して通信帯への波流れが遅くなっていますので同一時間で比較す

長 変 換を行い、その上で東 大へ向けて前述のると周波数が小さくなります。従って 2 地点の伝送システムを利用して信号を送出します。東標高差からこのシフト量は不確かさ 0.1Hz 以下

大側では受 信した光の 2 倍波をとって再び可で計算できます。そして最終的に NICT と東大視 域に戻し、この 2 倍波に東 大側の周波 数コの時計の較正不可能な原因不明の周波数差はムを位相ロックします。これによって、NICT の430THz のうちわずか 0.04± 0.31Hz（ 6,500

光格子時計にコヒーレントにリンクされた光周

万年に 1 秒）となりました。周波数標準はいつ

波 数コムが 東 大にて実現し、東 大の時計が生でもどこでもだれでも同じ周波数が得られるこ成する光周波数とこの周波数コムのビート周波とが必須です。この結果によって不確かさ 10 -16数を測定することにより 2 つの時計の相対的台で遠隔地にある時計との周波数一致が 初め

な周波数差をリアルタイムに測定することが可て確認され、日本発の光格子時計の普遍性が能になります。図 2 に 1 秒ごとに得られた 2 つ

確認されると同 時に、周波 数 標準を正確に遠の時計の周波数差を示します。NICT の時計の距離伝送する技術をも手中にしました。

＊3

周 波 数 が 3 ～ 4Hz 東 大 側より高 いことが 明232

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

図2

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

NICT及び東大の光格子時計の周波数差
各 点は積算時間1秒で得られており、NICTの光格子時計は3.7Hzだけ東大より周波数が高い698nm光（430THz）を生成している。

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

今後の展望
Sr 光格子時計は 2006 年に東大の他筆者が在籍していた JILA＊4（米国 NIST/ コロラド大学）
で時計動作を開始した後、現在では NICT・仏独の国立Ⅱ

ファイバを利用して NICT−東大間で 16 桁の周波数同一性が確認されましたが、秒の再定義を確実なものとするには時計自体のさらなる高性能化と共に、光ファイバ接続が困難な欧米の光格子時計との周波数一致を確認する必要があります。これを時と日本標準時の時刻差測定で使用している人工VLBI 技術を用いた新たな時刻比較技術の開発により、大陸間規模での時刻・周波数比較精度向上
時計についても、光格子時計と同等もしくはそれ以上の性能が得られることが NIST によって研究室内相互比較で確認されており、NICT ではこの方式についても NISTとは異なったアプローチでインジウ
ムイオンによる原子時計の開発を進めています。

＊2

単一イオントラップ方式

イオンをたった 1 個電場によってトラップしてそのイオンの吸収線を利用して時計レーザーを安定化する方式。イオンの電場による束縛では上下状態が同じ閉じ込めポテンシャルを感じるた
め電場の影響によって遷移周波数がシフトすることがありません。なお、一般に複数個をトラップすると近傍のイオンによって生じる不規則な電場のために周波数シフトが起きてしまいます。

＊3

I
C
T

光周波数コムパルスレーザーは、周波数スペクトルを見ると等間隔の周波数成分が存在する櫛状のスペクトルとなっているため、光周波数
コム（optical frequency comb）と呼ばれます。一般にこの
櫛スペクトルは位相雑音が少ない、非常に安定に動作するパル
スレーザーにおいて得られます。

＊4

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術を追求しています。また、イオントラップ方式の原子

マイクロ波遷移

原子遷移としては小さいマイクロ波のエネルギー差を持つ原子
遷移のこと。通常マイクロ波域の原子遷移は核スピン・電子のス
ピン間のごく弱い相互作用によって生じる 2 つの状態間を結ぶ遷移になります。

基盤技術

衛星を利用した周波数・時刻比較技術の展開及び

用語解説
＊1

Ⅲ 未来

見据えて時空標準研究室では、現在、世界の標準

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

標準研究所においても運用されています。今回光

JILA

国立標準技術研究所（NIST: National Institute of Standards
and Technology）とコロラド大学の共同機関௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

233

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

世界最高水準の日本標準時をつくる／花土 ゆう子・今村 國康

世界最高水準の日本標準時をつくる「NICT では、日本標準時を『つくり』、
世界中と
『くらべ』
、
日本中に
『くばる』
という業務を行っています。世界の標準時にも貢献し、最高水準にある標準時がここにあります。」

花土 ゆう子（はなど ゆうこ）

電磁波計測研究所
時空標準研究室 室長

1989 年郵政省通信総合研究所（現 NICT）に入所。
パルサータイミング計測、時間・周波数標準に関する研究に従事。趣味は野山歩き、絵を見ること。

今村 國康（いまむら くにやす）
電磁波計測研究所
時空標準研究室 研究マネージャー

1976 年郵政省電波研究所（現 NICT）に入所。無線機器の検定・試験法開発、国際間周波数・時刻比較の研究に従事。現在、周波数標準・標準時の運用・開発を担当。

234

たものが協定世界時 UTC であり、これが現在、

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

はじめに

世界の標準時として使われている時刻です。
TAI や UTC は、5 日ごとの値が月に 1 度パリ

本標準時をつくって供給しています」と説明する

郊外にある国際度量衡局 BIPM で計算されていと、「え ? 日本の標準時は明石で決めているのでますが、結果の公表は約 1 ヶ月後です。世界の標は ?」「標準時を作るとは ?」など、いろいろな質

準時は、とびとびで 1ヶ月待たないとわからない、

問を受けます。ここでは、世界と日本の標準時のしかも計算機の中にしかない時刻なのです。これなりたちと私たちの活動を、簡単に紹介します。

では今が何時何分かがわかりません。そのため元々の標準時は、地球の自転を基に決められ各国の標準機関では、連続した時間を独自につていました。地球の 1 回転を 1 日、それを細分化

くり UTC に合うよう調整しながら実信号の形でしたものを 1 秒の単位とし、太陽が真南に来る供給しています。

す。しかし自転周期がさまざまな要因でゆらいでⅠ−３
ネットワークセキュリティ技術

時刻を昼と決めたのです。これを天文時といいま

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術「私たちの研究室（東京都小金井市）では、日

NICTが UTC 準拠でつくる時刻をUTC（NICT）と呼び、日本標準時はこれを基にしています。

いることが判明し、原子のもつより安定な固有の周波数を基に 1 秒の長さを決めることとなり

日本標準時をつくるました。これを原子時といいます。1967 年の国底状態の 2 つの超微細準位の間の遷移に対応す

ウム原子時計と短期間（1 日以下）で安定な水素る放射の周期の 91 億 9263 万 1770 倍の継続

メーザ周波 数 標準器を組み合わせ、標準 時を時間である」という定義が定まり、1972 年から生成しています。まず原子時計相互のわずかなは原子時が世界の標準時となりました。

時刻差を高精度に計測します。このデータを基いています（当研究室の原子泉型一次周波数標準とで、各時計のゆらぎが ならされるだけなく、

器 NICT-CsF1もその 1 台）
。ただ、これらは連続

いくつかの時計が 故障や寿 命で止まっても途運転が難しいため、精度は落ちるが連続運転が可

切れない時刻を作ることができます。この長期能な市販されるセシウム原子時計をたくさん平均

的に安定なセシウム合成原子時で、短期安定度

して連続時間を作り、それを超高精度セシウム原の良い水素メーザ周波数標準器の信号を補正

子時計で定期的に補正する、という方法で、標準することで、短期も長期も安定な標準時が実現

時のおおもとである国際原子時 TAI が計算されてできるのです。その時刻ずれは約 100 万年にいます。TAI の計算には、世界中の標準機関が持1 秒程度です。
こうしてつくられた標準時は、GPS 衛星などを

TAI は天文時とは無関係であるため、天文時仲介とする方法や商用通信衛星を利用した時刻比はだんだん原子の時刻からずれていきます。日較方法で海外の標準時と時刻比較され、この結常生活の感覚に合った天文時と原子時との差が果を基に UTC との時刻差が BIPM から公表され0.9 秒以上にならないよう、うるう秒という操作ます。NICT は、その時刻差が小さくなるように調を加えることで、見かけ上原子の時刻と天文の時整しながら運用をしています。これが UTC（NICT）

刻を一致させています。TAI にうるう秒調整をしです。また同時に、時刻比較のデータが BIPM で௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

つ約 400 台の原子時計データが使われています。

I
C
T

基盤技術

成します。たくさんの時計の合成結果を使うこⅢ 未来

高精度セシウム原子時計が、世界中で 10 数台動ユニバーサルコミュニケーション基盤技術に 18 台のセシウム原子時計を最適な方法で合Ⅱ

現在、定義にもとづく1 秒がほぼ実現できる超Ⅰ−４


NICT では、長期間（1 日以上）で安定なセシ

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

際度量衡総会で「秒は、セシウム 133 原子の基

235

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

世界最高水準の日本標準時をつくる／花土 ゆう子・今村 國康

図1

日本標準時システム（左）と日本標準時生成に使われるセシウム原子時計（右）活用されることで、
NICT の原子時計は TAI をつく

日本標準時をくばる

る時計群の一部としても大きく貢献しています。
日本 標 準 時 JST は UTC（NICT）を 9 時間
（東

NICT でつくられた日本標準時及び 1 秒の基

経 135 度分の時差）
進めた時刻です。厳密には日準である標準周波数は、いろいろな形で日本全本の東西で時刻差があるはずですが、東経 135

国に向けて配信されています。その主なものが、度の時刻を一律に日本の標準時としています。
（明

電波時計の基準の電波として日本中の皆さんに

石は東経 135 度にあるので「明石の時刻が日本の利用して頂いている標準電波です。福島の送信時刻」というのは間違いではありませんが、明石で所からは 40kHz、福岡と佐賀の県境にある送信

日本の時刻を決めているわけではないのです。
）

所からは 60kHz の電波にのせて、時刻信号を常日本標準時を構成する原子時計は、温度や地236時発信しています。

球磁場などの周辺環境で周波数が変化するのを

そのほか、電話回線を使って時刻を配信する避けるため、温度・湿度管理、電磁界シールドを「テレホン JJY」、ネットワークを経由してオンラ施した原器室と呼ばれる特別な 4 つの部屋に分

インでコンピュータの内部時計を同期させることけて設置されており、相互に補完することでメンを目的とした「NTP サーバ」等、各種サービスもテナンスや万一のトラブルの際にも止まらないシ

実施しています。最近では、インターネットの普ステムが構築されています。

及によって商取引や特許出願など、さまざまな分

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図2

はがね山標準電波送信所（佐賀県と福岡県の境）の全景

Ⅱを生み、また仲介の時計が増えるほど時刻合わ

刻を第三者が証明するといったタイムビジネスがせの誤差も増えるため、大元の時計への要求精注目されてきています。このような時刻認証事業

度は高くなります。産業経済を支える複雑で高精者に対して、正確な日本標準時を配信するとい度なシステムでは、計測や制御の信号の周波数

うサービスを行っています。また機器持ち込みやが狂ってしまうと正常に動作しなくなり、最悪のGPS 衛星を使った遠隔較正サービスにより、
ユー

場合システムが破綻してしまうかもしれません。

ザーの周波数標準器と周波数国家標準との周波

日本標準時とその基となる周波数国家標準は、数偏差を測定する較正業務も行っています。

高精度計測・制御の基盤となり、見えないところ

I
C
T

基盤技術

の改ざん防止という意味からも、文書作成の時Ⅲ 未来

原理を利用）、1 億分の 1 秒のずれは 3m の誤差

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

野で電子文書の重要性が増してきており、文書

で最先端技術を支えているのです。
途切れてはならずやり直しもできず、常に正確

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

正確な標準時はなぜ必要なのかで高精度な標準時と周波数国家標準を発生し続
正確な時刻と高精度な基準周波数は、日常生

けることは、大変ですがとても重要な仕事です。私

活だけでなく社会インフラが機能する上でも欠たちの研究室では、標準時の生成から供給までをかせないものとなっています。例えば電波や光の絶え間なく行うとともに、更なる高精度化と新た行き来で距離を測る場合（GPS カーナビもこのなサービス展開に向けた開発を進めています。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

237

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

日本のタイムスタンプの 仕 組 み を 世 界 に 輸 出 ／ 岩 間 司

日本のタイムスタンプの仕組みを世界に輸出「電 子文書の原本性保証に必要不可
欠なタイムスタンプを、日本は世界に先駆けて制度化・実用化しました。
この日本発の仕組みを世界中で活用できるよう標準化活動を行っています。」

岩間 司（いわま つかさ）

電磁波計測研究所
時空標準研究室 研究マネージャー

本人かなりの引きこもり体質で、土日に家から一歩も外へ出ないことがままある。
職場でも研究室と実験室にこもっているのを好むのだが、何の因果か毎年 ITU へ出席するためジュネーブへ飛ばされてしまう。しかしジュネーブでも会議以外では…。

電子文書に潜む脅威と今回の標準化のポイント
パソコンなどを使って作成するいわゆる電子
文書は、何回複製（コピー）しても劣化の心配がな
く、対応するソフトウェアさえあれば誰でも同じものを再現できることが大きな利点です。しかしながら、これは見方を変えると、元の文書を改ざんしたり、他人になりすまして文書を作成することも容易にできてしまうという欠点となります。これら
電子文書の「改ざん」や「なりすまし」という行為はこれからのネットワークを中心とした情報流通社会においては大きな脅威となっています。
電子文書の改ざんやなりすましを防ぐために有効な手段として電子署名やタイムスタンプがあります。電子署名では「誰が」「何を」作成したかを証明することができ、タイムスタンプでは「い238

時（Coordinated Universal Time: UTC）にト

電子署名とタイムスタンプを併用することによりレーサブル＊1であることのみが規定されていて、

「いつ」
「誰が」
「何を」作成したか証明できるこ

具体的な実現手段は明確ではありませんでした。

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

つ」「何を」作成したかを証明できます。そしてとになります（図1）。
電子署名やタイムスタンプ付与の方法は、す日本におけるタイムスタンプの制度化

は日本をはじめ各国で法制化されています。タイ

日本におけるタイムスタンプを含むタイムビジ

ムスタンプについては、付与と並んで時刻の信ネス標準化の動きは2002年1月から6月にかけ

頼性というもう1つの重要なファクタがあります。

て複数回行われた総務省主催のタイムビジネス

しかしながら、この信頼性については、協定世界研究会から始まります。この研究会において、日Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

本のタイムビジネスの方向性が示されました。

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

でに標準化されており、特に電子署名について

その後、民間主体のタイムビジネス推進協議会が2002年6月に設立されました。また、NICT
は総務省から委託を受け、2003年度から2005
年度にかけて「タイムスタンプ・プラットフォーム技術の研究開発」を実施しました。

図1

電子文書の原本確保のための技術

子データの安全な長期保存のために～」を公表

スに係る指針～ネットワークの安心な利用と電Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

さらに総務省は2004年11月に「タイムビジネ

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図2

日本のタイムスタンプの仕組み（デジタル署名方式の例）

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

239

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

日本のタイムスタンプの 仕 組 み を 世 界 に 輸 出 ／ 岩 間 司

しました。この指針により2005年2月から日本入れられ、表現の修正などはありましたが、ほのタイムスタンプの仕組みを制度化した「タイムぼ日本提案がそのままSG7に送られました。そビジネス信頼・安心認定制度」が創設されたのの後、2010年1月にSG7により採択され、このです。

採択を受けITU-Rは直ちに承認手続きに入り、2010年4月に勧告案は勧告ITU-R TF.1876と時刻の信頼性を重視した日本のタイムスタンプ制度

して承認されました。今回の勧告は提案からわずか7カ月という異例の速さで勧告化されたわ

日本のタイムスタンプ認定制度における特徴

けです。

は、タイムスタンプの根幹となる時刻の信頼性に重きを置いた点です。これまでタイムスタンプに勧告 ITU-R TF.1876の概要

用いる時刻についてはUTCへのトレーサビリティは求められるものの時刻の正確さについての規

今回の勧告の主旨は次の4点です。

定はありませんでした。

・各 国の時刻標準機関kは要求される正確さで日本の認定制度では、NICTの標準時と同期した時刻をタイムスタンプ局（Time Stamping

TSAに各機関のUTC（UTC（k））を供給しなければならない。

Authority: TSA）などに配信し、かつ、TSAがタイ・T
 S A からU TC（ k ）へ の 時 刻 のトレーサビ

ムスタンプに用いる時刻の正確さを監査する第リティはタイム ア セ ス メント 機 関（ T i m e

三者機関として、時刻配信局（Time Authority:

Assessment Authority: TAA）による連続的TA）を規定しました。これにより、日本のタイムスなモニタリングで証明されなければならない。

タンプ制度においてはTSAの信頼できる時刻源・T AAはTSAの用いる時刻が要求される正確さをの仕組みが明確化されました（図2）。

維持しているかどうか監査する機能も有する。
・TAAは各国の時刻標準機関または信頼できる

ITUにおける勧告化 への道のり＊2

第三者機関が行うべき機能である。
この勧告でTA Aという機能を定義付けましNICTは日本の標準時に責任を持つ機関とした。TAAはこれまでのTAを包含する機能であり、て、2000年の国際電気通信連合 科学業務に関より一般化した概念です。ただし、この勧告はする研究委員会 標準時及び標準周波数の通報

TAAという機能について定義しただけですので、に関する作業部会（ITU-R SG7 WP7A）会合

今後の補強も求められています。このTAAの概念に、タイムスタンプ局が用いる時刻の信頼性をを導入することにより、日本のタイムスタンプのいかにして確保するかを日本からの研究課題と仕組みを海外に輸出する下地ができました。日本

して提案しました。この研究課題は、修正のうえの認定制度においてもTAの機能がTAAに変更に

ITU-R 238/7として採択されました。

なりました（図3）。

2009年9月のITU-R SG7 WP7A会合において前述の日本で実際に制度化されているタ

さらなる標準化への動き

イムスタンプ制度の仕組みをNICTが取りまと

240

め、国内委員会の承認を得たうえで日本からのこのようにITUで勧告化された日本のタイムス勧告案として提出しました。提出された勧告案

タンプの仕組みですが、海外に輸出するためにはは時機を得た提案として各国から好意的に受けさらなる標準化が必要になります。

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

図3 日本のタイムスタンプの仕組みの標準化状況



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

まず日本の認定制度の運用実績をもとに、の仕組みを同じISO/IEC 18014のpart4として

ITU-R勧告に認定制度の技術基準の数値を付

世界の標準にするよう今後とも取り組んでいき

加して日本工業規格（JIS）として標準化作業をます。

行い、2011年5月にJIS X 5094「UTCトレーサ

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

ビリティ保証のためのタイムアセスメント機関（TAA）の技術要件」として制定しました。
このJIS X 5094をもとに国際標準化機構（ISO）において標準化作業に着手しました。
I S O の 国 内 委 員 会 の 審 査を 経てI S O/I E C
18014のpar t4として2011年6月に作 業 文 書Ⅲ 未来（WD）を提出、10月のSC27WG2会議の審議を経て、各国からの意見に対処して修正し2012年5月には委員会文書（CD）に昇格しています。このよう

基盤技術

I
C
T

に現在JISで制定した日本の標準を、ISO/IECの国際標準にするための作業の最中です。

＊1

トレーサブルIEC 18014として標準化されていますが、時刻

タイムスタンプで用いる時刻が、正確さと不確かさ込みで UTC
までさかのぼることができること。

を保証できるシステムとして整備されている国は＊2

まだほとんどありません。日本のタイムスタンプの仕組みは世界的にも評価されており、ITUにおける勧告化を足がかりに日本のタイムスタンプ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

タイムスタンプの付与技術についてはISO/

用語解説

ITU 勧告について

ITU では、電気通信や放送技術に関わるさまざまな国際的な決まりを作っています。ITU-R 勧告は、主に ITU-R SG の研究活動の成果として策定され、ITU メンバーステートによって承認された国際技術基準で、分野別にシリーズ化し、番号が付されます。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

241

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

携帯電話使用と脳腫瘍に関する疫学研究のためのばく露評価／和氣 加奈子

携帯電話使用と脳腫瘍に関する疫学研究のためのばく露評価－頭部内の電波吸収への頭部不均質構造の影響－「携 帯電話による電波の生体安全性への関心が高まる中実施された携帯電話使用と脳腫瘍の関係を調べる
国際的な疫学研究のために、携帯電話からの電波ばく露により頭部内に生じる電波吸収等のばく露評価

和氣 加奈子（わけ かなこ）
電磁波計測研究所
電磁環境研究室 主任研究員

学生の頃に目に見えない電磁波に興味を持ちました。趣
味はダイビングのはずですが、ここ 10 年ほど行けていません。現在は 3 人の子育てに奮闘中で、子どもが大きくなったら一緒に海に行きたいと思っています。

を実施しました。」

携帯電話使用と脳腫瘍に関する疫学研究
携 帯 電 話の 普及に伴い、携 帯 電 話による電波の生体安 全 性に対する関心が 高まっています。そ の 中 で、世 界 保 健 機 関（WHO: World
Health Organization）の下部 組 織である国 際
がん研究機関（IARC: International Agency of
Research on Cancer）の主導により、携帯電話使用と脳腫瘍の関係を調べる国際的な疫学研
究（INTERPHONE study: International Case
Control Study of Tumors of the Brain and
Salivary Glands）が世界 13 か国共同で実施され、日本もその研究に参加しました。この疫学研
究は症例対照研究と呼ばれるもので、脳腫瘍を罹患した方、それらの方々と年齢や性別など様々な条件が一致する健康な方に対して、携帯電話

242

ける均質ファントムからの 3 次元 SAR 分布の推電話からのばく露の指標として、携帯電話の使定および実際に脳腫瘍ができた特定の位置での用の有無、使用期間、累積使用時間だけでなく、SAR の推定が行われました。図 1 にばく露評価

携帯電話からの電波ばく露により頭部内に生じの流れを示します。
上記の評価は、携帯電話端末の適合性評価試

Absorption Rate
［W/kg］）が用いられました。

験と同様の方法で均質ファントムにおいて得られ

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

る電波吸収、すなわち比吸収率（SAR: SpecificⅠ−１
光ネットワーク技術

からのばく露特性を調査し比較しました。携帯た SAR 分布をもとに行われました。しかし実際疫学研究のためのばく露評価の人体頭部は、皮膚、頭蓋骨、筋肉、脳などの様々な組織からなる不均質構造となっています。そこで本研究では、脳における SAR 分布に人体頭部的に大きく、離れるに従い急速に小さくなること、の不均質な構造が及ぼす影響を検討しました。

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

携帯電話からのばく露は、端末の近傍で局所
携帯電話による頭部 SAR 分布は機種により異なることが知られています。そこで上記の疫学研究

不均質モデルと均質モデルの比較

では、実際の携帯電話端末に対して適合性試験に取得された SAR 分布を用いて、SAR 分布に基Finite Difference Time Domain Method）

づく端末の分類、詳細な頭部モデルにおける 3を用いて、NICT で開発した日本人 成人モデル

次元分布の推定法の確立を通して、各分類にお（TARO）の頭部の近傍に金属筺体と 1/4 波長のⅠ−４

まず 有 限 差 分 時 間 領域 法
（FDTD method:

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術と同様な方法で均質ファントムを用いて実験的Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図1

疫学研究におけるばく露評価の流れ௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

243

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

携帯電話使用と脳腫瘍に関する疫学研究のためのばく露評価／和氣 加奈子

図2

不均質モデル（左）および均質モデル（右）脳のSAR分布

図3

均質モデルと不均質モデルの脳SARの散布図

モノポールアンテナからなる簡易な端末モデルをモデルの SAR 値の相関係数と回帰係数を表 1配置した場合の SAR 分布の解析を行いました。

に示します。この結果から、側頭部、頭頂部、前頭部モデルを均質とした場合と不均質とした場合額部で比較的相関が高いことがわかります。脳とで計算結果を比較しました。頭部モデルの電腫瘍は一般的にこれらの部位で発生することが気定数は、不均質モデルには生体各組織の値を多いと言われており、端末使用時の SAR は側頭用い、均質モデルは比誘電率 39.425、導電率部で比較的大きい傾向があることから、これら

0.855 S/m としました。周波数は 835MHz、アの部位で不均質モデルと均質モデルの結果が良

ンテナの入力電力は 1W としました。

く一致するという知見は疫学研究のばく露評価

疫学研究では脳腫瘍の同定を 1cm 程度の解として重要と言えます。

像度で行うことを目標としているため、比較はモデルの解像度を 1cm として行いました。図 2

SAR 解析結果の疫学研究への適用とその後に不均質モデル（左）と均質モデル（右）の脳での244

SAR 分布を示します。両者の分布は良く似てい本研究では、頭部内構造の不均質なモデル

ることがわかります。不均質モデルと均質モデルと均質なモデルとで端末からの電波にさらされにおける脳内の SAR の散布図を図 3に示します。

た場合の SAR を比較しました。その結果、脳のこれより両者には正の相関があることがわかり

SAR は不均質モデルと均質モデルとで相関があます。両者の SAR の相関係数は 0.93と計算され、り、特に携帯電話使用と脳腫瘍の疫学研究で重不均質モデルでの脳の SAR は概ね均質モデルの要と思われる側頭部、頭頂部、前頭部などにおいものと傾向が一致しました。

ては相関が高いことがわかりました。この結果か脳腫瘍は脳のある特定の位置で生じることがら、実際の人体は不均質な構造をしていますが、多いと言われています。そこで図 4 に示すように均質なファントムを用いて得られた SAR 分布が脳を主要な解剖学的位置、すなわち側頭部、頭疫学研究のばく露評価に利用できることを示しま

頂部、前額部、後頭部、小脳、脳幹に分類し、各した。これを受けて、日本で実施した疫学研究

部位での SAR を不均質モデルと均質モデルとででは世界で初めて脳の各部位での SAR を考慮比較しました。各部位での不均質モデルと均質した解析が行われました。2010 年に国際共同

頭頂部

側頭部

後頭部

Ⅰ−１

モデルのSARの相関係数と回帰係数

相関係数

回帰係数

側頭部

0.92

0.96

頭頂部

0.95

1.37

前頭部

0.94

1.19

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

前頭部

脳 の主要部位における不均質および均質光ネットワーク技術

表1

後頭部

0.78

0.43

小脳

0.75

0.55

脳幹

0.23

0.099

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

小脳

脳幹



新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図4

脳の解剖学的構造の模式図

研究結果の一部が報告され、全体として（10 年以上の利用者に対しても）携帯電話の使用によるⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

神経膠腫や髄膜腫の発生リスクの増加は見らなかったものの、累積通話時間が 1,640 時間以上のサブグループ（1 日あたり 30 分の通話に相当）についてリスク増加が見られましたが、このサブグループについては携帯電話使用時間への回答がありえそうもない時間の場合があったりといっⅢ 未来

た様々な誤差要因を考慮すると、リスク増加があるとは断定できないと結論づけられました。これまでの様々な研究から高周波電磁界の潜在的

基盤技術

I
C
T

発がん性について包括的なレビューが 2011 年
IARC により実施され、高周波電磁界はグループ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

2B「ヒトに対して発がん性があるかもしれない」と評価しています。今後、WHO により発がんだ
けでなくその他の健康影響を含む包括的な高周波電磁界の健康リスク評価が行われ、その後国際的なガイドラインの改定が実施される予定となっています。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

245

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

電波と光波をつなぐ計測技術／福永 香・藤井 勝巳・水野 麻弥・登坂 俊英

電波と光波をつなぐ計測技術－テラヘルツ波を使うために－「電磁環境研究室では、近い将来、様々な応用開発が進むと期待されている
テラヘルツ波帯（0.1THz ～ 10THz）の電磁波の精密な電力測定や、物質との相互作用の研究をしています。
」

福永 香（ふくなが かおり）

電磁波計測研究所
電磁環境研究室 研究マネージャー

電磁波を使ってモノの劣化や不具合を診断する仕事をしています。電気と化学、科学と文化、日本と西欧など、
異分野・異文化をつなぐフィールドワーカーです。

藤井 勝巳（ふじい かつみ）

電磁波計測研究所
電磁環境研究室 研究マネージャー

中学生のとき、アマチュア無線とアキバに出会い、好きなアンテナはログペリと答えて大学院の面接試験を通過。直流から THz 帯まで、とにかく電波を正しく測りたいメトロロジストです。

水野 麻弥（みずの まや）
電磁波計測研究所
電磁環境研究室 主任研究員

テラヘルツ波帯の基礎検討をコツコツ行いながら、
いつかテラヘルツ波を利用した医学応用を実現したい、と考えているエンジニアです。

登坂 俊英（とうさか としひで）
電磁波計測研究所
電磁環境研究室 研究員

電磁波の測定から対策まで行います。未知の分野に対して好奇心旺盛で実験好きな研究者です。

246

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

はじめに
電磁環境研究室では、情報通信に用いられる電磁波が、他の目的で用いられる電磁波や電気・電子

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

機器が動作する際に、外にもれ出してしまう電磁波などと影響を与え合わないよう、電波の環境を守るための測定・評価・対策の研究をしています（図 1）。その中でも、未踏周波数と呼ばれるテラヘルツ

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

波帯（0.1THz 〜 10THz）の電磁波
は、まだ電力も周波数も国際標準の「ものさし」がありません。その

図1 電波の環境を守るための測定・評価・対策の研究の概念図

ため発振器（光源）の出力もいわば応用分野も多いですが、それぞれがテラヘルツの吸収特性から物質の性質を探る手法）として

波帯を使いたいとなった場合に、相互に影響を用いられようとしています。学問分野としても、及ぼさない環境をつくるため、まず、テラヘルツ

電 波と光は別の工学 分野と認 識され、研究者

波の電力とその減衰量を正確に測ることが必要の情報交換の場である学会も異なることが多と考えています。

いため、その境界は未開拓でした。また周波数Ⅰ−４

からは 赤 外 を 超 える分 光 技 術（特 定の周 波 数

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

自己申告です。それでも実用上は困らないというⅡ

テラヘルツ波帯は境界領域

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

帯の使い方も、電波側は、周波数を細かく分配して専有するのに対して、光側の分光技術は周波数を極めて広帯域に使い、物質ごとに吸収しテラヘルツ波帯は光と電波の間の周波数領やすい周波数を評価するなど、大きな違いがあ域にあり（図 2）、低周波側（電波側）からはミリります。物理量の単位も周波数、波長、波数が、波帯を超える無線通信技術に、高周波側（光側）それぞれの分野で使われており、測定方法も、

Ⅲ 未来
基盤技術

I
C
T

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

図2

電波と光の中間にあるテラヘルツ波௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

247

Ⅳ

電磁波センシング基盤技術

電波と光波をつなぐ計測技術／福永 香・藤井 勝巳・水野 麻弥・登坂 俊英

電波側は導波管をつないで測る文化、光側はレ

高周波減衰量標準の開発、空間を飛び交う電波

ンズで集めて測る文化があります。その異なるの出入り口であるアンテナの利得や指向性の測計測文化を結びつけるのも私たちの仕事です。

定、周波数変換器（ミキサー）の変換損失の測定など、“テラヘルツ波を測る”ために必要な技術の4

テラヘルツ波を測る確立を目指し研究開発を行っています。さらに、
300GHz 帯の無線通信を視野に入れ、電波を空

今、無線通信では、60GHz 帯が映像伝送や高間に発射した際の伝搬モデルの確立や、伝搬路

速データ伝送、70GHz 帯が自動車の衝突防止上に存在する壁やプラスチックといった各種材料

レーダに用いられていますが、情報端末の高性能

からの反射や遮蔽・吸収量の評価、電波の絶対化にあわせて、ハイビジョン画像のリアルタイム

強度測定に関する研究開発を行っています。

無線伝送など、超高速大容量の情報通信技術が必要とされており、120GHz 帯や 300GHz 帯の4

テラヘルツ波で測る

無線通信利用の開発が進められています。その周波数帯の通信機器の性能を評価したり、電波

電磁波を物質に照射した時の物質固有の吸収を割り当てたり、また、これらの電波によって生じ特性から材料の特性を探究するのが分光技術でる混信や妨害の低減や、生体への影響の評価のす（図 4）。従来から用いられている、テラヘルツ

ためには、まず、高周波電力を、単に強い・弱い

波より周波数の高い中赤外領域においては、測で表すだけではなく、「この無線機からの出力電定法がマニュアル化され、あらかじめ様々な物質

力は何 W です」と言ったぐあいに、単位を付けての電磁波に対する応答が集められたデータベー表現できるよう、国際単位系の SI 基本単位にトスが存在します。そのため何かわからない試料のレーサブルな（遡ることができる）
測定を正しく行

応答を、データベースと照合して物質が何かを明えるようになる必要があります
（図 3）
。また、電

らかにすることができるなど技術整備が進んで力強度の測定可能範囲を拡げるために不可欠ないます。一方、テラヘルツ波帯での分光技術は、水素結合などの弱い分子間の作用を感度良く捉えることができ、中赤外領域では困難な有機・無機複合体等の特性を評価できると期待されています。しかし、試料の状態や光学系の違いによって取得したデータが異なってしまうなど、まず正確にデータを取得するための手法が未だ確立されていません。そこで、同じ試料を異なる装置で測定し、データを比較したり、値が異なる理由を考察することによって、テラヘルツ分光装

図3

248

110GHzまでの電力計較正システム
現在、110GHz以上の電力計を較正するためのシステムを開発中。

置を正しく選び、使うための方法を検討しています。また、様々な光ネットワーク技術

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

Ⅰ−４

図4

分光システムと測定例

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

材料の吸収特性をデータベースに構築、その特性がなぜ現れるのかについても、シミュレーショ
ン等で検討をはじめています。さらにテラヘルツ
波は不透明なモノの内部を壊さずに見るイメー
ジング技術としても実用化が進められています

Ⅲ 未来

ので、どのくらい小さいものまで見えるか、などの評価も行う予定です。

基盤技術

I
C
T

まとめ

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

以上のように、私たちは、様々な応用開発が進むテラヘルツ波帯の電磁波を正しく測れるよ
うになる、という地味ながらも、エンジニアリン
グの基本中の基本である「測る」という仕事に誇りをもって取り組んでいます。

௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

249

電磁波計測研究所（本部内）

34mアンテナ（鹿島宇宙技術センター）

250

情報通信研究機構（NICT）の沿革
独立行政法人情報通信研究機構は、明治 29 年
（1896 年）に逓信省電気試験所において無線電信の研究が開始されたことがそのはじまりとなっています。昭和 27 年
（1952 年）に
郵政省電波研究所が設立され、その後、郵政省通信総合研究所、独立行政法人通信総合研究所と幾つかの改称や改組を経て、平成 16 年
（2004 年）に通信・放送機構と統合し、現在の独立行政法人情報通信研究機構が発足しました。

NICTの施設等所在地

石川県能美市

北陸StarBED技術センター
京都府相楽郡精華町（けいはんな地区）
宮城県仙台市

ユニバーサルコミュニケーション研究所

耐災害ICT研究センター
兵庫県神戸市

未来ICT研究所

福島県田村市-双葉郡川内村

おおたかどや山標準電波送信所
佐賀県佐賀市-福岡県糸島市

はがね山標準電波送信所

茨城県鹿嶋市鹿島宇宙技術センター
東京都小金井市
東京都千代田区

沖縄県国頭郡恩納村

本部
ネットワーク研究本部
光ネットワーク研究所
ネットワークセキュリティ研究所
電磁波計測研究所

テストベッド研究開発推進センター
神奈川県横須賀市

ワイヤレスネットワーク研究所

沖縄電磁波技術センター

平成24年（2012年）4月1日現在

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251௶ၡฆఒɈ

჎ᅰɬȾȩɥ

ॸ࢞ଞȹȻ「情報通信の未来をつくる研究者たち」
2012年9月30日

発

行

発行

独立行政法人 情報通信研究機構〒184-8795
東京都小金井市貫井北町4-2-1
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印刷・製本

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ISBN978-4-904020-03-6
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Printed in Japan