CyReal（サイリアル）実証環境でのワイヤレスエミュレーション検証データの取り込み手法
情報通信研究機構 総合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運用室 副室長
宮地利幸※ 本発表には、総務省の委託研究開発（JPJ000254）により実施した成果を含みます。

StarBED•••

実験専用のPC群• 実世界と同じOSやソフトウェアが動作• PCをそのまま貸し出すのでOSの入れ替えも可能• 持ち込んだハードウェアを接続可能• ネットワーク構成も自由に設定可能• インターネットから隔離されているので「失敗」を許容• マルウェア等の動作検証も可能• 数百台（2023年度 256台、 56 * 256 = 14336コア、512 * 256 = 131072 GB Memory）のPCが存在するため大規模な環境での検証が可能• 実時間で動作実験PC群を簡単に操作可能なミドルウェアの提供
石川県能美市のNICT北陸StarBED技術センターに設置-1-

CyReal実証環境を利用した技術検証
Case A:
シミュレータとしてCase B:
テストベッドとしてCase C:
運⽤システムとして・複数のシミュレーションの「連携」による論理的な動作確認
・検証対象部分のシミュレータのみの⽤意で検証を可能に・デジタルツインとして活⽤

抽象度の異なる要素を組み合わせ、検証項⽬を明確化
・実環境向けシステム要素単体での検証
・⾮常時等、実システム（実環境）では再現が難しい状況でのシステム検証
・オペレータ・利⽤者の教育・訓練

・連携基盤をそのまま活⽤し実システムとして運⽤も可能
・システム要素の更改もエミュレータとの連携で容易に⾼アイディア段階から運⽤環境向け実装まで「連続的」かつ「異なる抽象度」での検証を実現

すべての「ピース」がシミュレータ
実システム（実環境）

低環境全体の抽象度

対象システムを実装
論理検証結果との結果⽐較

対象システムを運⽤システムとして実環境へ投⼊

論理的設計等の確認

特定環境での問題再現
⼀部要素の更改検証
エミュレータやシミュレータ、実システムといった「ピース」が混在

すべての「ピース」
として実システムを接続

エミュレータシミュレータ

CyReal実証環境-2-

TENTOU （天道）CyReal実証環境を実現するためのミドルウェア
基礎機能

循環進化のための機能

ベアメタル/仮想マシンのセットアップ • ダッシュボードREST API
ネットワーク環境の設定• 基礎機能群のREST API
コマンド実⾏• 外部プログラム導⼊⼿順
汎⽤的な機能提供（DBやMQTTでのメッセージ通信など）• 制御のためのダッシュボード• （予約など様々な管理UI）
••
•
•

-3-

ファシリティTENTOUでは「ファシリティ」という形で各要素をパッケージングし⾃動デプロイを実施

シミュレータやエミュレータ、実デバイスのコント
ローラ、制御プログラムの⼀部をファシリティとしてパッケージング

セットアップのためのスクリプトなどを同梱-4-

ワイヤレスエミュレーション

D ログ解析・可視化

論理的な接続情報をエミュレー
タに適⽤、仮想的に物理環境を再現

B

論理空間設定伝搬パラメータ適用

論理リソース間に無線環境に関わる各種要素の影響を無線パラメータという形で適⽤し無線エミュレーション環境を構築

論理空間の影響を考慮した無線エミュレーション環境（無線機、サーバ、障害物、電波環境など）：
エミュレーションを含む有無線統合
割り当て/構築

仮想無線機

A物理リソース確保・設定
物理リソースに論理リソースをマッピングし検証環境内に必要な各種要素を実現

環境全体を監視し、エミュレータ全体の健全性、実験中、実験後の実験の状況確認

VMサーバ

物理リソース上に構築された論理エミュレーション環境（PC、仮想無線機、VMサーバ、持ち込み機材など）：有線接続

PC

エミュレーション実行
各種要素をシナリオに従って制御し、任意の状況を順次構成

物理PC上に仮想リソースを構築

割り当て/構築

C

持ち込み機材

エミュレーション⽤物理リソース（PC、疑似無線機など）：有線接続-5-

ワイヤレスエミュレータ利用フロー
数分

1. ノード予約

利⽤する物理ノード数もしくは構築する論理トポロジを指定し論理トポロジ構築に必要な物理リソースを確保。環境管理に必要な物理リソースも同時に確保。

30分程度

2. 利⽤者環境ファシリティ
構築

実験実施に必要なユーザごとのファシリティ群、環境接続のための踏み台などを設定。

物理ノードの性能・対象ファシリ
ティに依存

数⼗
分か
ら数時間

3. 物理ノード準備

利⽤者が指定する実験トポロジおよび実験シーケンスにしたがい必要な物理ノードの設定。

物理ノード数、性能に依存

4. 論理トポロジ
構築

利⽤者が指定する実験トポロジおよび設定記述中に指定された論理ノードについての設定を実施（⼀般的には物理ノードの設定と並⾏して実施）。

仮想ノードの数、設定速度に依存

数分〜
数時間

5. 無線パラメータ
および位置の事前決定

利⽤者が指定する実験シーケンスに従い、各ステップでの無線端末の位置と無線パラメータを事前計算（物理ノード設定等と並⾏して実施）。

位置決定、モデル計算速度に依存

数秒〜
数時間

6. 実験シーケンス
実⾏およびパラメータ計算

数分〜
数時間

7. ログ情報取得

各ノードやファシリティで出⼒されたログ情報などを収集。

ファイルサイズ、通信速度等に依存

30分程度

8. 環境初期化

環境を初期化し秘匿ファイルなどを削除。次の利⽤に備える。

物理ノードの設定速度に依存

繰り返し
利⽤者が指定する実験パラメータに従い、各ノード上でのコマ可能
ンド実⾏や専⽤機の設定変更によるシナリオの実⾏、オブジェクトの位置の変化による無線パラメータをリアルタイム計算。

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WEB IF/DB速度に依存

実⾏する実験シー
ケンスの実時間に依存実験実行ステップ
設定ファイル群

設定ファイル変換ツール
0. 変換

Storage

0. ⼿動アップロード
4. 複製

オブジェクト
位置決定
結果
保存

User Interface
1. 環境構築
実験シーケンス実⾏
指⽰

Infra. Builder
2. 指⽰

3. 環境構築

パラメータ計算DB

無線エミュレータ
制御

読み出し
結果
保存

ScriptExecutor
5. 実⾏制御

観測系

DBRedisStreaming API(WebSocket)

ROS2
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制御とStreaming APIの関係

現在はdashboardで操作-8-

Streaming APIの効用• 検証環境からのデータをStreaming APIに投げることでビジュアライザ側としては検証環境側で取得されるデータ形式を気にしなくて良い（普通のAPIの役割）• リアルタイムでの可視化、取得しておいたデータのビジュアライズともに対応が可能（ビジュアライザ側では気にしない）• 現時点でもNICTで実装したビジュアライザと、他のパートナーが作成しているビジュアライザが存
在-9-ビジュアライザ実装- 10 -

ビジュアライザ実装• 某オフィスでの無線通信状況を模倣（2022年度版）• シミュレーションとエミュレーション結果を同時に表示
シミュレーション

エミュレーション• 実線の直線で表⽰• パスロス値の値で⾊が変化• 基本的にはフルメッシュ（今回はAP-STA間に限定）• 無線システムや周波数などによって表⽰・⾮表⽰が可能• 点線の曲線で表⽰• (iperfの) throughputで⾊が変化• オフィスの外の⼀点だけを宛先に

•
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•

線にマウスオーバーすることで詳細なデータを確認可能
3Dで描画しているので⾓度の調整も可能
対象によってはグラフ表⽰も可能
オブジェクトのグループなどで表⽰・⾮表⽰が可能
屋根は⾮表⽰に…
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ビジュアライザ実装- 12 -

現在の進捗（2023年度版）• Wi-FiだけでなくWi-SUN/5Gなどで必要な項目に対応• エミュレーションの端点を複数個持つことが可能に• 10000台規模のビジュアライズを可能に（ブロック分けによる粒度の変更）- 13 -

ご清聴ありがとうございました。

※ 本発表には、総務省の委託研究開発（JPJ000254）により実施した成果を含みます。

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