2-2

2．通信ネットワーク技術の新たな枠組み

スマートグリッドを支える
ICT システムアーキテクチャ
ICT System Architecture for Smart Grid江崎

浩 落合秀也グリーン IT/ICT 及びスマートグリッドの推進にあたっては，社会全体のエネルギー消費量の正確な把握に基づいた戦略の策定が必要である．ICT 機器自体のエネルギー消費量は，空調や照明などの非 ICT 機器のエネルギー消費量に比べて小さいが，ICT 機器なしには，これらの効率化と省エネ化は実現できない．人間に例えれば，ICT 機器や ICT 機器が仕事をする場所であるコンピュータルームや IDC（Internet Data Center）は「脳」にあたり，ネットワークは「神経系」である，「賢く能率的な脳」と「俊敏に動作する神経」が，人間の効率的で機能的な活動を実現するのは明らかである．
更に，これは，イノベーションの持続性を実現するに資するインフラでなければならない．
キーワード：グリーン IT/ICT，新世代インターネット，省エネ・環境対策，センサネットワーク

．まえがき実現や新しい利用法の創造などを推進されることが期待される．ICT を用いた，地球環境保全に関する取組み「グリーン IT」の推進は，地球と人類への貢献と責任と貢献は，IT 先進国としての，グローバル社会への責であり，その実現には，地球全体を覆うセンサネット任でもある．全てのファシリティシステムにおける動作ワークの構築とそれらの協調動作が必須となる．先進国

状況に関するデータを取得・分析し，社会・産業の活動での都市活動の変化とアジアを中心とした人口集中地域を効率化し，社会・産業の効率性と創造性を向上させ，での都市化の進展は，地球上での気象変化をより一層複結果的に，環境負荷の削減と省エネルギーを実現するた

雑化しており，今後の経済・社会活動に対して多くの変めの，技術の確立と具体的な処方箋が求められている．

革（Innovation）を要請している．こうした中，ディジタルネットワークへの接続性を高めた各種センサユニッ
トが開発され，環境情報観測や分析ツールとして展開さ．Future Internet と  世紀の都市設計れつつあり，更に，これらの環境情報をグローバルス

グリーン IT の効果的な実現には，地球全体を覆うセケールに，しかも，ほぼ，リアルタイムに流通・加工・ンサネットワークの構築と，センサノードやアクチュ共有，そして制御する環境，すなわち，グローバルスエータノードをはじめとした全てのディジタル機器の協ケールでの PDCA サイクルを実現するシステムが実現調動作が実現されなければならない．更に，これらの動されなければならない．各種センサデバイスは，他のセ作は，中央集中的に管理制御することは不可能であり，ンサデバイスと組み合わせることにより，高度な機能のまた，ローカル及びグローバル規模での自律分散的な協調動作環境が構築・管理・運用され，持続的（Sustain-

江崎 浩 正員：シニア会員 東京大学大学院情報理工学系研究科電子情報学専
攻E-mail hiroshi@wide.ad.jp
落合秀也 学生員 東京大学大学院情報理工学系研究科電子情報学専攻
E-mail jo2lxq@hongo.wide.ad.jp
Hiroshi ESAKI, Senior Member and Hideya OCHIAI, Student Member (Graduate
School of Information Science and Technology, The University of Tokyo, Tokyo,113-8656 Japan).

able）な進化（Innovation と Revolution）を実現するに©電子情報通信学会 2011

ド原理に従って構成されるシステムアーキテクチャを意

電子情報通信学会誌

Vol.94 No.5 pp.391-395 2011 年 5 月

資する基盤を前提としなければならない．
イ ン タ ー ネ ッ ト（%internet&）ア ー キ テ ク チ ャ は，
ル ー タ や ス イ ッ チ か ら 構 成 さ れ る 現 在 の%Internet&アーキテクチャを意味するのではなく，エンドツーエン

情報爆発時代に向けた新たな通信技術──限界打破への挑戦──特集 2-2 スマートグリッドを支える ICT システムアーキテクチャ

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味する（インターネットの父とされる Robert Kahn 博（） 第 1 の波：農業革命

士との私的会話から）．自律的に構築・管理・運用され狩猟（Nomadic）から定住への革命であり，社会の価るローカルなディジタルネットワークが相互接続し，そ値は「狩猟可能な領地」から「肥沃な土地」へと，「搾の基盤上に生成されるディジタル情報を自由にかつ自律取」から「栽培（生産）」へと進化した．

的に伝送・共有・加工可能な情報環境空間を構築するために，ローカルなディジタルネットワークの相互接続を（） 第 2 の波：産業（工業）革命

可能にするアーキテクチャがインターネットアーキテク

工業化・産業化は，農産物に関する「肥沃な土地」かチャ(internet architecture)である．すなわち，自律／ら「工業資源」に関する肥沃な土地と，流通と生産に自立と協調／協生がインターネットアーキテクチャであとって利便性の高い拠点が，社会の価値・財産として認り，それがゆえに，持続性と自己変革能力を持つことが識されるようになった．特に，大量生産・大量消費，マできている．このような構造と特性を持ったシステムのスメディア，更に科学技術全能の思想が主流となった．

構築なしには，効果的な環境・エネルギー対策は実現不可能であり，その持続性を期待することは難しい．このようなシステムは，以下に述べるエコシステムである．

（） 第 3 の波：情報革命
知識と知恵が，社会の価値・財産として認識されるようになる．また，エネルギー消費量の発展は社会の発展.

エコシステムに直結するという考え方は，エネルギー消費の効率化を

エコシステムとは，「食物連鎖など生物の相互関係と，進めながら，持続的な社会活動の維持と発展が人類が向生物とそれを取り囲む無機的環境の間の相互関係を総合かうべき方向性との認識へと変化した．すなわち，知恵的に捉えた生物社会のまとまりを示す概念」であり，と知識こそが，競争力と社会の持続性への鍵であり，ス「エコシステムは周辺の状況などにより変化するが，そマートな社会基盤の設計と効率的なエネルギー生成・配の系の中で互いに働きかけて安定化する性質がある」

送・消費システムの確立の必要性が認識されるに至っ（WikiPedia から）とされている．ビジネスにおいては，た．

関係する企業・組織がビジネス活動において協調と競争を行うことで，利益やイノベーションと創造を持続し，その構造を変化させていくことを意味している．エコシ
ステムは，以下のシステム的要件を満足しなければならないと考える．

..

新世代インターネットの  世紀の都市設計への貢献

21 世紀の都市を「人」に例えれば，インターネットは「神経系統」に相当し，クラウドコンピューティング基盤に代表されるサーバシステムは「頭脳」に相当す①

自立性（Independent）

る．人は，幾ら，素晴らしい筋肉や骨（＝コンポーネン②

自律性（Autonomous）

ト）を持っていても，コンポーネントを上手に制御する③

交流性（Interaction，Interoperability）

ための神経と頭脳がなければ，非効率な動作しかでき④

適応性（Adaptability，Agility）

ず，時に，機能しない事態も発生してしまう．また，優.

(¬), (­)

れた制御システム（＝神経系＋頭脳系）は，同じエネル
新世代インターネットの姿ギーでより多くのアウトプットを生産することができ現在のインターネットと同様に，新世代インターネッる．すなわち，効率的で無駄の少ない社会基盤の形成

トも以下のような要件を満足しなければならない．①自は，創造性のための資源（＝時間とエネルギー）をより律性（Autonomous），②分散（Distributed），③非接続捻出可能であると捉えることができる．一方で，システ(3)

対応性（Disconnected Robustness） ，④ネットワークムに，コンポーネントやモジュールの取換え性（Alter-の ネ ッ ト ワ ー ク（Inter-Domain），⑤ グ ロ ー バ ル 性nativeness）を持つことを可能とするシステム設計を行（Global）である．また，一方で，現在のインターネッ

うことによって，革新的な新しいコンポーネントの導入

トは，以下の三つの古くて新しい課題に挑戦しようとしを可能にしなければならない．ている．ⓐグローバル規模，ⓑユビキタス環境（いわゆ一例として，インターネットデータセンター（Inter-る IOT（Internet of Things）環 境），ⓒ モ バ イ ル（特net Data Center．以下，IDC）の戦略的導入シナリオをに，Sometimes Disconnected Mobile）である．

挙げる．21 世紀初頭に進展したブロードバンドイン
ターネット基盤の構築は，広域分散コンピューティング(.).* 第 * の波 と  世紀の都市設計基盤であるグリッドコンピューティング技術と融合し，人類は都市設計のパラダイムシフトを過去に 2 度経験

クラウドコンピューティング基盤の構築へと向かっていし，現在，第 3 の進化を遂げようとしていると捉えるべる．すなわち，これまで，オフィスやユーザ宅で稼働しきかもしれない．ていたサーバコンピュータは，効率的で高いセキュリ

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電子情報通信学会誌 Vol. 94, No. 5, 2011

ティ性を安価に提供する IDC に，急速に移設されよう

造・展開．としている．一般オフィスやユーザ宅で稼働するサーバは多くの排熱を行う熱源であり，生活・活動空間を快適*．東大グリーン ICT プロジェクトにするために稼働している空調システムの負荷増大に関プロジェクトの概要 ('), (()

して，甚大なる貢献をしていることが，広く認識されて*.

いる．IDC は，一般オフィスやユーザ宅と比較した場

グリーン東大工学部プロジェクト（2010 年 4 月から合，極めて高いエネルギー効率で運用環境を提供可能で「東大グリーン ICT プロジェクト」に名称変更）では，あり，IDC への計画的・戦略的なサーバ計算機の移設

ファシリティの設計，構築，運用，管理並びに制御に関は社会活動の低炭素化に貢献する可能性を十分に持って係するステークホルダからなる，共同研究開発コンソーいる．

シアムを形成した (1)．すなわち，ICT 機器のベンダ，建ICT を用いた省エネ・環境対策は，その本来の目的

築会社，総合電機会社，情報家電会社，セキュリティだけではなく，結果的に，ディジタルユビキタスセンササービス会社，ビル管理会社，更に，ファシリティのデネットワークを構築することになる．このディジタルユ

ベロッパ会社など，川上から川下まで，関連する企業がビキタスセンサネットワークは，以下のようなシナリオ

研究開発の情報を共有し，マルチベンダ環境で動作可能で，新しいサービスや産業を，容易にかつ安価に展開可な，ファシリティシステムの研究開発を推進している．

能としなければならず，そのために，透明性と相互接続

東京都においては，東京大学本郷キャンパスの CO 2性を持ったインフラの展開と整備が進められなければな負荷が最大の事業所であるとの調査結果が発表されておらない．

り，その中心部に位置する工学部新 2 号館（2005 年竣工，地上 12 階，総合研究教育棟）を実フィールドとしステップ 1ステップ 2

センサや制御機器が，相互接続され，協調た実証モデル構築は絶好のケーススタディとなる（図動作し，エネルギー流の制御が自在に可能

1）．プロジェクトは，ファシリティマネージメントシス

なインフラの構築．

テムの分野において，都市や地域における施設・設備ごユビキタスに存在するセンサや制御機器，との垂直型連携を水平型連携のマトリックス構造へと変更に，これらの機器が生成するディジタル革・進化させることによって，分散協調型の都市経営あ

情報が，ほぼゼロの低コストで流通可能な

るいは地域経営の手法の実現と，新たな付加価値を生みインフラの登場．

出すビジネスの育成の共生・共進を具現化することを目ステップ 3 このディジタルユビキタスインフラを用いた新しいサービスが，グローバル規模で創図

東京大学工学部指すものである．
同 2 号館を用いて，総合的で先進的なファシリティマ

号館システム概要

情報爆発時代に向けた新たな通信技術──限界打破への挑戦──特集 2-2 スマートグリッドを支える ICT システムアーキテクチャ393

図研究開発成果の事例

ネージメントシステム技術の検証と評価，更に，運用技術の確立を目指すとともに，本実証実験フィールドでの（ｂ） 大学総合教育研究棟におけるデータ収集指針の確立

成果を，他の大学組織への横展開と，公共施設等への縦大学等の教育研究施設（並びに公共設備）における，展開，更に新しいビジネス領域を創造するに資する研究

環境対策や省エネ対策に利用可能な，ファシリティ（ビ開発成果を目指している（図 2）．

ルそのものだけではなく，その中で稼働する実験装置などを含む）の計測と制御に対する指針は，残念ながら存*.

研究開発の概要

在しない．

以下に，本コンソーシアムにおける研究開発計画の概要を述べる．

（） 計測データの解析・表示による効果の検証
計測データの解析結果を，ファシリティの運用者及び（） ファシリティマネージメントシステムの稼働実態の正確な計測と解析利用者に表示並びにフィードバックすることで，利用者の活動形態が改善され，活動の効率化や省エネが実現されることが広く知られている．今回取り組む，大学にお（ａ） マルチベンダ，マルチサブシステム環境での統合的データ収集技術の確立

ける総合教育研究棟は，利用者の統制が容易ではない典型的な事例である．

複数のマルチベンダからなるサブシステム間での，計測・制御データの相互乗り入れ環境の構築に必要な技術仕様の策定と実システムにおける導入と，その動作検証を行う．サブシステム間での統合的な計測・制御データの相互乗り入れに必要な技術仕様は，関連する技術標準化機関への提案などを行い，その普及と標準化を推進している．このような，マルチベンダ環境でのファシリティマネージメントの実現に資する技術の確立は，サステイナブルなファシリティシステムの実現を可能にする．すなわち，継続的な先進技術の導入と，複数技術の共存（システムの Availability 性の向上）を可能なものにし，ファシリティシステムの継続的進化と稼働信頼性向上の実現に資する．
図*394

標準化関係図電子情報通信学会誌 Vol. 94, No. 5, 2011

ファシリティを構成するコンポーネントの協調動作を用いた最適化問題を解くのではなく（Reactive な対策），最適な運用を実現するコンポーネントの配置の最適化を行う Proactive な対策への進化と進展の推進が今後の方向性とならなければならない．

.．む

すび

グリーン IT/ICT の活動を推進するにあたって，社会全体のエネルギー消費量の把握に基づいた戦略の策定が必要である．ICT 機器自体のエネルギー消費量は，空調や照明などの非 ICT 機器のエネルギー消費量に比べて小さい．しかし，ICT 機器なしには，これらの効率化と省エネ化は実現できない．人間に例えれば，ICT機器や ICT 機器が仕事をする場所であるコンピュータ
図.

FIAP アーキテクチャ概念図

ルームや IDC は「脳」にあたり，ネットワークは「神経系」である，「賢く能率的な脳」と「俊敏に動作する神経」が，人間の効率的で機能的な活動を実現するのは（） 先進的制御技術・制御システムの導入と効果の検証明らかである．
「優れた筋肉を持った運動選手」でも，その制御が最適化されていなければ，「優れた筋肉を持計測・解析したデータを基に，ファシリティの管理・た な い 運 動 選 手」に 負 け て し ま う．我々 の 推 進 す る制御を行わなければならない．データの測定に関して

ICT システムの展開に，地球の未来が依存しているとも，どのような測定システム並びに測定技術が，このよも考えられるであろう．

うな環境に効果的であるのか．どのように，既設のファシリティに付加的な測定装置を設置し運用するのか，また，どのような測定データ並びに測定装置が，効果的な管理制御に資するのか．
*.*

今後の展開

本プロジェクトの成果は，他学への展開，教育・研究設備への展開，自治体を含む公共設備への展開に資する技術仕様の策定と普及を国内のみならず国外に展開することであり，更に相互接続性確立を目指した国際標準化活動の展開を計画している（図 3，4）．我々は，FIAP（Facility Information Access Protocol）を研究開発し，現在，ASHREA BACnet の拡張及び IEEE1888 への提案活動を展開している．
また，グリーン東大 ICT プロジェクトとほぼ，同様の構造を持つ産官学連携プロジェクトを中国北京市において，清華大学を中心に展開している．
更に，本プロジェクトを通じた知見は，新しいアプリケーションやビジネス領域の創成へと展開しようとしていることは注目に資するであろう．すなわち，新しい情報基盤の構築と提供によって，その本来の目的とは異なる創造的な展開が実現されようとしている．また，本プ
ロジェクトの成果は，ファシリティにおける環境対策や省エネ対策にとどまらず，積極的に，ファシリティシス

文

献()

H. Esaki, “A consideration on R & D direction for future internetarchitecture,” Special Issue on Next Generation Networks (NGNs),
Int. J. Commun. Syst., vol. 23, no. 6-7, pp. 694-707, April 2010.
() H. Esaki, “Eco-system design based on internet architecture framework,” EcoDesign 2009, no. OS-3M-1, Sapporo, Japan, Dec. 2009.
() 落合秀也，江崎 浩，%DTN 環境を想定したトポロジ変化に強いメッセージルーティング，&情処学論，vol. 50, no. 9, pp. 23122326, Sept. 2009.
() アルビン・トフラー，徳岡孝夫（監修・訳）第 3 の波，日本放送出版協会，1980．
( ) 東大グリーン ICT プロジェクト，http://www.gutp.jp/( ) 江崎 浩，%インターネット技術を用いたオープン環境・省エネ対策，&映情学誌，vol. 63, no. 4, pp. 423-427, April 2009.

え さきひろしおちあいひで や（平成 22 年 11 月 7 日受付）

江崎 浩 （正員：シニア会員）
昭 38 生まれ．昭 62 九大大学院工学研究科電子工学専攻修士課程了．同年，(株)東芝入社．
平 2 米国ベルコア社客員研究員，平 6 米国コロンビア大客員研究員．平 10 東大大型計算機センター助教授．平 12 同大学院情報理工学系研
究 科 助 教 授．平 17 か ら 現 職．平 20 ISOC 理事．平 22 WIDE プロジェクト代表．
落合 秀也（学生員）
昭 58 生まれ．平 18 東大・工・電子情報卒．
平 20 同大学院情報理工学系研究科修士課程了．
同年，同大学院同研究科博士後期課程，現在に至る．センサ・アクチュエータ・ネットワー
ク，耐遅延性ネットワークの研究に従事．

テムの構造設計や，これらが相互に作用して構築される都市空間の構造設計へと進化する可能性も持っている．
情報爆発時代に向けた新たな通信技術──限界打破への挑戦──特集 2-2 スマートグリッドを支える ICT システムアーキテクチャ

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