サイエンティフィック・システム研究会
合同分科会 2009年度会合
システム技術分科会代表報告2009.11.25

ウェアラブル・ユビキタスによるグリーン生活
神戸大学大学院工学研究科
電気電子工学専攻

塚本昌彦

地球温暖化
• 地球温暖化の要因はCO2などの温室ガスの蓄積• 鳩山政権は国連で温室ガス25%削減を明言– 2020年までに1990年比(2009.9.22) →急にえらいことになった
さらに，政府の事業仕分けでスパコン事業凍結
温暖化シミュレーションに悪影響か?!
神戸ではトップニュース!!
SS研でもトップニュース!?

世界の年平均気温の平年差の経年変化（1891～2008年）
気象庁気象統計情報
http://www.data.kishou.go.jp/climate/cpdinfo/temp/an_wld.html

1

概要
これから10年，さらに小さくなるコンピュータを人，もの，場所に取り付けて使うウェアラブル，ユビキタスコンピューティングは，人々の生活に直接的な影響を及ぼす．
CO2やエネルギーなどに関する情報を適切に管理，分析，提示することでグリーン生活を強力に推進できる可能性がある．
ウェアラブル，ユビキタスのもたらす将来のエコ生活の可能性と，講演者のグループで推進しているアプローチについて述べる．

Keywordはウェアラブル，ユビキタス，グリーン，エコ

当研究室の取り組み2

健康はエコと似ている!
• たくさんの俗説や誤解• ミクロな行動の蓄積でマクロな影響が出る．
• 様々な要因の因果関係は部分的に自明，全体的には不明• 結局自然界の脅威（カオス）• 科学技術の急速な進歩が生み出した「病理」からの回復を目指す!
• 最近の注目と予算の拡大• 急速な新産業立ち上がりの予感
当研究室では健康とエコに対する共通プラットホームの構築を目指している

エコロジーと省エネ• エコロジー• 本来「生態学」– 農薬や工場排水による環境汚染と生態への影響– 反捕鯨，反原発，反核など• 転じて「地球環境問題」≒グリーン– 公害を出さない，自然保護など• 最近の焦点は「省エネ」≒「温暖化防止」≒「CO2削減」• 省エネ– エネルギー消費を減らす!!
– 目的が変わってきた．
• 昔はエコノミー（つまり節約）のため：オイルショックの影響など• 今はエコロジー（つまり生態系）のため：地球環境問題の影響など「エコ」から「エコ」へ

3グリーン vs クリーン• グリーン– 昔は反公害，反技術社会，その後，リサイクル，省エネ– 今は温暖化防止• 温室効果ガス削減．特にCO2• エネルギー改革，省エネ，再利用，炭素固定などが有効「地球にやさしい」≒クリーン??
• クリーン– クリーン技術，クリーンエネルギー• 太陽光，風力，各種廃棄物利用，温度差熱，太陽熱，雪氷熱，各種バイオマスなどの新エネルギー• 水力，地熱などの再生可能エネルギー「クリーン」技術で「グリーン」化

グリーンIT「グリーン」のためのIT，すなわち，IT自体の省エネ

1. IT自体のグリーン化
1-a. データセンタやマシンルームの管理（消費電力や発熱）
1-b. コンピュータ機器，ネットワーク機器などの省電力化（エコ家電）
1-z. その他（IT機器のリサイクル，環境汚染物質の排除等）

2. ITによるグリーン化

ITによる省エネ

2-a. オフィスや家庭，教育機関などでのIT導入による環境コスト削減（輸送や移動，紙使用などを減らす）
2-b. エネルギー使用量などのセンシング，「見える化」による人々の省エネ意識向上やエネルギー管理の使用効率向上
2-z. その他（ネットサイトによるリサイクル促進，情報発信）4グリッド??
• 電力網（Power Grid）• 広域ネット上の分散コンピュータサービス（Grid Computing）
Smart Gridはどっち？
Grid協議会はどっち？
グリッドネットワークと言うとまた全然別の意味だったりする．

まずは前置きウェアラブル・ユビキタス
コンピューティング

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これから10年コンピュータがもっと小さくなる！
豆粒大
ゴマ粒大に大型計算機

デスクトップコンピュータ

The Eniac, by Kevin W. Richey
http://ei.cs.vt.edu/~history/ENIAC.gif

携帯電話
ノートPC

人, もの,場所にコンピュータが付く(着く)!

コンピュータは実世界で使われる．
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具体的には…
ウェアラブル衣服，めがね，指輪，靴，ネクタイ，．．．

•人

• もの
はし，茶碗，鉛筆，洗濯ばさみ，サイフ，鍵，．．．

• 場所ユビキタス

ベッド，部屋，廊下，道路，机，いす，．．．

技術ステップ予想（概要）技術事項

展開の可能性

街角情報投稿・配信の展開

0～2年

食品流通のICタグ管理

0～2年

3Dディスプレイ・コンテンツ展開

0～3年

デジタルサイネージの展開

0～3年

ユビキタスライブカメラの展開

0～3年

ICタグの低価格化

0～4年

高機能ICタグの展開

1～4年

HMDの普及1～4年

ICタグリーダ付き携帯電話の展開

1～5年

実世界型ゲーム機の登場

1～5年

センサウェアの展開

1～5年

掃除ロボットの普及・展開

2～5年

カプセル大携帯電話の登場・普及

3～7年

飛行型コンピュータの展開

5～10年

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本題

ウェアラブル・ユビキタスによるグリーンな生活

そもそもサーバ型より分散型のほうが省エネ(1-a)• 超低消費電力で分散（ローカル）計算– 高性能サーバはエネルギーパフォーマンスが悪い．
– 最近のサーバは低性能CPU群からなっていて，相当チューンされてパフォーマンスが良くなっている（加藤）– サーバベンダに騙されている（塚本）– 必要な時だけ高性能なマシンに頼る?
– 実際にはうまくシステムを作らないと分散化のオーバーヘッドが高い．

• 通信コストが最小化できる．
– 「事件は現場で起こっている!!」8データセンタのセンシング，見える化，最適化（1-a，2-b）• どのLSIが熱いか？
– CPU，メモリ，グラフィックチップ，ビデオチップ• どの場所が涼しいか？
– 涼しい場所で計算• いつ，どこを熱くしたいか？
– 熱が必要な場所で計算：シャワーを使うと計算が集まる．
– 「広域CPU給湯システム」を真剣にデザインするのも面白い
かも．
– パソコンの上にマグカップをおいてコーヒーを保温しながら飲んでいるという人が何人かいた．危険なのではないかと思う．

HMDは省エネ(1-b)• 消費電力は大型ディスプレイの数万分の一• デジタルサイネージよりも街角情報配信のほうが省エネ– 必要な情報を必要な人だけに最小のエネルギーで提供する．
– セカイカメラ、実世界透視ケータイ（au）、オートGPS（ドコモ）など新サービスインフラが続々立ち上がる。

• 網膜投射型，さらには脳電極?
– NEC+ニコンのTeleScouterは2010年商品化9

その他のウェアラブルも省エネ(1-b)• 一人だけを快適な温度に保つ冷暖房服– 消費電力は1万分の1以下• 湿度や空気清浄機も不要?
– インフルエンザも移らない?

• 照明も不要?
• 通信量の削減• オフィスやデスクの制約がない– 快適な場所で仕事ができる．

ユビキタスも機器の省エネ化に役立つ(1-b)
周辺状況を精密に知ることができるので，• スクリーンセーバや省電力管理の精密化• 不要プロセスのkill，不要デバイスのkill• キャッシングやプリフェッチの精度向上• ユーザのイライラ度に合わせたCPUクロック・使用メモリ量変更

10現場業務へのIT導入による省エネ（2-a）• 「輸送や移動，紙使用などを減らす」が実世界で行える．
• ウェアラブルコンピュータの現場利用• ICタグやセンサの使用による物品の最適管理• センサの使用による不要サービスの自動オフ

交通最適化（2-a）
ウェアラブル・ユビキタスで個人と場所の情報を統合して，• 信号をデマンドベースで– 不要な赤信号はまったくなくなる．

• 乗合タクシー・デマンドバス• 共有カー・バイク・自転車– 乗り物リソースの最適化が可能• エレベータやエスカレータの広域最適化

11誰でもどこでも発電(2-a)• 自分で発電– 歩く，走る– 通常の体温で– ドキドキするだけでも• どこでも発電– 石畳や階段– 風，光，熱，…．サーバールームで自然景観の回復（2-a）• 看板や照明，電線など不要な人工物を撤去• （前述のように）必要な人に必要な情報を配信し，HMDに提示する．
• ものや場所に関する情報は自然物で隠す．
• （前述のように）誰でもどこでも発電で動作12センサネットワーク，環境モニタリング（2-b）• エネルギーがどこでどれだけ使われているか?
• CO2がどこでどれだけ排出されているか?
• どこに誰がいて何をしているか?
– これから何をしようとしているか?

• （前述の通り）サーバルームでは特に有効• （前述の通り）コンピュータ＋ネットワーク機器の省エネに利用できる．

ユビキタス分散電源(2-b)• 分散電源– 太陽電池
– 充電されたままほったらかされたバッテリ– 前述のウェアラブル電源，ユビキタス電源• エネルギー供給の効率化– トータルで供給電源の確保– ピーク電力を広域レベルでうまくカバーしながら効率を上げる．

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ウェアラブル・ユビキタスはグリーン生活の本命!?

ICE-IT プロジェクト
Integration Technology of Information, Communication and Energy• 総務省担当の戦略重点科学技術施策「情報通信・エネル
ギー統合技術の研究開発」に基づく• 情報通信研究機構(NICT) 平成21年度「高度通信・放送研究開発委託研究」として実施– 研究開発期間：平成21年度～25年度（5年間）• 研究開発体制–––––

京都大学（幹事）学術情報メディアセンター 岡部寿男、大学院工学研究科 引原隆士
神戸大学大学院工学研究科 塚本昌彦
大和ハウス工業（株）（株）エネゲート（株）トランス・ニュー・テクノロジー

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研究目的
• 電力ネットワークと情報ネットワークの統合– エネルギー源となる分散電源（太陽光発電，燃料電池 等），配電系統と各種家庭内機器の間のエネルギー供給のあり方を，物理的供給システムの拘束から解放し，情報通信技術との融合により再定義する．

• 実世界の人間の行動パターンに応じてプロアクティブにエネルギーを制御– ユビキタスコンピューティングで培われた技術を，エネルギーのプロアクティブ制御に応用• 総合的に電力消費を下げながらQoL (Quality of Life)を維持する機構の提案と，家庭から地域に於ける新しいエネルギー供給のあり方の可能性を提案⇒ エネルギーの情報化

本プロジェクトにおける「エネルギーの情報化」の考え方
1.
2.

全ての電源ならびに負荷機器において，リアルタイムでエネルギー（電力）の流れをセンシング
エネルギーを含むセンシングされたデータをホームゲートウェイを通じてセンターサーバ上のデータベースに集約
–

3.
4.
5.

各負荷機器は，センサネットワークによる環境情報も加味してリアルタイ
ムにエネルギー需要を予測．各電源はエネルギー供給を予測
各負荷機器は家庭内電力網に対してエネルギーをオンデマンドで要求(Energy on Demand)
QoEn (Quality of Energy)パラメータを考慮して電源と負荷とを最適マッチング–

6.

特徴量を抽出してルール化

QoL (Quality of Life)に配慮しつつ要求を優先度で順位付け

電力網は，QoEnごとにエネルギーを独立に配送–

直流配電（たとえばPoE），さらには電力のパケット化

15研究開発課題• 課題ア：エネルギー需要予測のためのデータベース構築とエネルギー最適割り当てプロトコルの研究開発
大和ハウス – 課題ア-1：汎用的ホームゲートウェイ開発
TNT – 課題ア-2：プロトコル記述フレームワークとソフトウェア無停止更機構の開発
神戸大 – 課題ア-3：ホームネットワーク上でのエネルギー最適割り当てプロトコルの開発– 課題ア-4：電力の供給と消費のQoEn に基づく最適マッチングアルゴリ
京大（岡部） ズムならびにルーティング• 課題イ： エネルギーの最適割り当てを実現するための通信インタフェース及び同インタフェース対応ハードウェアの開発
京大（引原） – 課題イ-1：高周波スイッチング電源を用いた電力伝送インターフェース・ルータの研究開発

神戸大 – 課題イ-2：負荷機器用通信インタフェース及び同インタフェース対応ハードウェアの開発

エネゲート – 課題イ-3：負荷機器用電力計測センサの開発及び電力制御機器の開発
京大（引原） – 課題イ-4：分散電源出力の平滑化と連携制御システムの開発『情報通信・エネルギー統合技術の研究開発』
太陽電池等
発電装置

商用交流電力

イメージ

直流用
アダ
プ
タ

直流用
アダ
プ
タ

課題イ-4：分散電源出力の平滑化と連携制御システムの開発
京都大学

交流ネットワーク蓄電池

課題イ－１：高周波スイッチング
電源を用いた電力パケット伝送
インターフェース・ルータの研究開発
京都大学

課題ア-4：電力の供給と消費のQoEn に基づく最適マッチングア
ルゴリズムならびにルーティング
京都大学

高周波スイッチング電源
直交流変換／
電力流制御

直流ネットワーク

制御プロトコル

交流用アダプダ

課題イ－３：負荷機器用電力計測センサの開発及び電力制御機器の開発

課題ア－２：プロトコル記述フ
レームワークとソフトウェア無停止更新機構の開発

交流
家電、負荷機器

消費電力モニタリング

エネゲート

トランス・ニュー・テクノロジー

電力流制
御汎用的ゲートウェイ

消費電力モニタリング
電力流制御

直流用アダプダ
制御デバイス神戸大学
大和ハウス
課題ア－１：汎用的ホームゲートウェイ開発
ＱＯＬを下げることなく、家電や創エネ機器を最適制御することで、ＣＯ２を削減するためのシステムを構築する①各機器とホームサーバを結ぶインタフェースの開発②ホームサーバとデータサーバを結ぶインタフェースの開発

電力データ
収集サーバ

課題ア－３：ホームネッ
トワーク上でのエネル
ギー最適割り当てプロト
コルの開発

課題イ－２：負荷機器用
通信インターフェイス及び同インターフェイス対応
ハードウェアの開発

直流
家電、負荷機器

神戸大学

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汎用的ホームゲートウェイの役割•

電力情報等の収集，データベース化– センターサーバでの一括管理，履歴管理– 特徴量を抽出してのルール化•収集した情報を活用– 各機器におけるエネルギー需要・供給予測へのフィードバック– QoLの維持・向上に直結させる「可視化」
交流用ソフト– 地域，電力会社との協調の窓口
情報送信ソフト

直流用ソフトソフトウェアの配信，管理，更新

交流用アダプタ
OSGi

直流用アダプタ

JAVA VM

センターサーバ

宅内情報の収集・情報の一括管理
・可視化
・多活用化

汎用的
ﾎｰﾑｹﾞｰﾄｳｪｲ

分電盤

センサーなど宅内機器

神戸大担当分電力割り当てルールによる電力プロアクティブ制御プロトコルとインタフェースの研究開発
電力ルール

安全な負荷機器の起動例
直交変換/
電力流制御負荷機器A

1. 全機器のルール探索
3. 電力削減箇所を探索
4. 負荷機器Bへ一時待機ルール実行(10s)
5. 負荷機器A起動ルール許可
電力モニタリング
電力データ・
行動情報
収集サーバ

2. 起動ルール実行要求
5. 起動ルール実行
6. 通常運用ルールへ移行

ルール名-起動
電力-1200W
瞬間電流-10A
時間-10s次ルール-通常運用

通常運用
一時待機
待機状態
Etc…

停止
起動
通常運用

負荷機器B
通常運用
一時待機

4. 一時待機ルール実行(10s)6. 通常運用ルールへ移行
通常運用

行動モニタリング17

まとめ• 豆粒大，ゴマ粒大のコンピュータが人，もの，場所に埋め込まれていく．
– 実世界にコンピュータが遍在して，人々の日ごろの生活をサポートするようになる．

– グリーン生活が実現される．
• 10年ぐらいのスパンで急激に浸透して，人々のくらしに大きな変化を与える．

– 創造性が求められる．
– 超ポジティブで行こう!

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