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特エネルギー・資源 Vol. 35 No. 5（2014）

集エネルギー・資源に関する技術の標準化への取組みとその適用

IEEE1888を用いたインターネット型オープンBEMS
Internet-based Open BEMS using IEEE1888

江崎浩* ・ 落Hiroshi Esaki

合秀也**

Hideya Ochiai

2006年のファシリティーの構成要素間での相互接続性を実１．まえがき

現するためのコンソーシアム（FNIC；Facility Network

21世紀の社会・産業基盤では，情報通信システム（ICTInteroperability Consortium）の設立などを経て，2008年システム）が，その高機能化と継続的なイノベーションの６月に設立された．設立当時は，『グリーン東大工学部プ実現に必須のものであり，サイバー空間と実空間の連携とロジェクト』であったが，2008年に全学組織化し，名称を統合化が必須のものとなる．都市のスマート化・グリーン

現在の『東大グリーンICTプロジェクト』（GUTP）とした．

化の実現には，インフラを構成する機器の状態の正確な把握と，その情報に基づいた，具体的で戦略的かつ実践的な施策が実現されなければならない．また，2011年３月11日に発生した東日本大震災は，我々が今後構築する社会産業基盤が，十分なBCP（Business Continuation Plan，事業継続性）を持ったものでなければならないことも必須の条件とした．すなわち，BCPと効率性，さらに，持続的なイノベーションを実現するに資するエコシステムの特徴を持ったものでなければならない．
本稿では，上記の要求を満足するような社会産業インフラを構成するスマートビル・スマートキャンパスの実現に貢献することを目的としている東大グリーンICTプロジェ
クト（GUTP）の活動内容と，インターネットの設計思想に基づき設計し，国際標準化に成功したIEEE1888の概要，

図１

GUTPの活動履歴

さらにIEEE1888を用いたスマートビル・スマートキャン
GUTPは，（1） 東 京 大 学 工 学 部 ２ 号 館（2005年 竣 工パスの実現事例を紹介する．

地上12階 総合研究教育棟）を用いた総合的で先進的な

１）
２．東大グリーンICTプロジェクト（GUTP）

2.1

BEMSの研究開発とその検証評価，（2）運用技術の確立，（3）
本活動の成果の他大学への横展開と公共施設等への縦展

東大グリーンICTプロジェクトの概要

GUTP（www.gutp.jp） の 活 動 は， 図 １ に 示 し た よ う

開，（4）新ビジネスの創造，をその活動目標とした．さらに，2003年にIPv6普及高度化推進協議会（www.v6pc.jp）に，インターネットの設計・運用思想に基づき，一つのイ内に設置したインターネット技術を用いたBEMSの実現を

ンフラを用いて，以下の４つのミッションを実現するに資目的としたBuilding Automation分科会の活動を起源としするBEMSシステムの設計と構築・運用を目指している．ている．GUTPは，2004年の東京都本庁舎ビルのオープン

１．電力使用量の削減と制御化，2008年の北京オリンピックメイン競技場コンプレッ

２．エネルギーセキュリティー（BCP）の向上

クスの照明システムのIPv6を用いた管理制御，あるいは

３．社会産業活動の生産性の向上（TQC）
４．イノベーション（新サービス）の持続性*

省エネ・節電は，その経理的貢献度が，各組織における東京大学院情報理工学系研究科創造情報学専攻教授〒113-8656 東京都文京区本郷7-3-1
E-mail：hiroshi@wide.ad.jp**
東京大学大規模集積システム設計教育研究センター助教〒113-0032 東京都文京区弥生2-11-16

本業で得られる貢献度より非常に小さいのが一般的であり，その結果，省エネ・節電のための投資に対する優先度は，相対的に低くなってしまう．一方，「生産性の向上」と「新−36−エネルギー・資源 Vol. 35 No. 5（2014）302

サービス創造」は，本業自身に大きく貢献するものであ筆者らが親しく連携関係にあった研究者であり，ここでも，り，投資の優先度が高くなる．そこで，GUTPにおいて標良好な協調関係を構築することができた．

準化したIEEE1888システムは，インターネットが持つ，（a）

次に，GUTPでの実システムを用いた実証的運用の中で，透明性，（b）オープン性，（c）自律分散性を持つようにスマートビル・キャンパスの構築に投入されるネットワー設計されており，その結果，省エネ・節電のために構築しク機器やセンサー機器のサイバー・セキュリティー対策がたBEMSシステムが，BCPの向上，生産性の向上，さらに，不十分であることが明らかになり，GUTP内でサイバーセ新しいサービスの創造にも貢献可能なシステム構造になるキュリティー対策の具体的手法に関するガイドラインの必ようになっている．具体的には，データベースを中心にし要性が認識され，これを，IEEE1888の拡張機能とするこた自律分散型オープンシステムとなっている．とにした（IEEE1888.3として2013年12月に承認された）．

2.2

一 方，NIST SGIPで のCoS（Catalogue of Standards） 化

IEEE1888の普及に向けた施策

GUTPの成果の一つである，インターネットを用いたオーには，サイバーセキュリティー分科会によって，十分なサプンファシリティーシステムの技 術仕様（FIAP：Facility

イバーセキュリティー対策機能が具備されていることが必２）

Information Access Protocol ）は，2011年２月にIEEE1888

須とされており，GUTPにおける実証運用に基づいた対応（UGCCnet Protocol；Ubiquitous Green Community

が，標準化活動に貢献した結果となった．

Control Network Protocol）として国際標準技術として最後に，GUTPでは，インターネットおよびIPv6におけ承認され，さらに，現在は，米国NISTが主宰するSGIPる技術の普及と産業化の支援に貢献したと考えられる以下

B2Gに お け るCoS（Catalogue of Standards） へ の 提 案，の２つの施策をIEEE1888に関して実施している．

ならびに IEC/ISO JTC1 SC6（Telecommunications and（1）参照オープンソフトウェアの提供注１）

information exchange between systems）へのFast Track（2）相互接続検証仕様と検証イベントの開催としての提案が推進されている．

2.3

実装概要とアプリケーション

新しい技術の普及と産業化には，国内外での標準化が貢

本節では，東京大学 本郷キャンパス工学部２号館およ献することから，GUTPでは，技術の標準化を重要な活動び東京大学に導入し，2011年夏の全学での節電活動に貢献成果と位置付けプロジェクトを発足させた．標準システム

したIEEE1888を用いたファシリティーシステムの概要をの設計にあたっては，既存のシステムを取り込みつつ，そ解説する．

れらをオープンなインターネット技術を用いて統合化し，（1）東京大学 主要５キャンパスの見える化技術とビジネスの両面でのイノベーションを継続可能な東京大学 本郷キャンパスは，東京都内で最も大きな二オープンシステムを目指した．結果的には，環境情報に関酸化炭素排出事業所となっており，主要５キャンパスの合するセンサーネットワークに関する産学連携プロジェクト

計値は，126,158トン/年（2010年値），総床面積約142.7万であるLive E!プロジェクトで，研究開発したアーキテク

平米，2010年のピーク電力使用量は約66,000kWであった．

チャをファシリティーシステム用に発展させ，FIAPへと照明17.6％，空調31.8％，実験機器36.6％，その他14.0％と進化させた．

いう負荷構成である．

そのような状況の中，IEEE-SAの中国展開の中にスマー

図２に，東京大学 主要５キャンパスの見える化システ

トビル・キャンパスが取り上げられ，中国の関係組織とムの概略図を示した．IEEE1888を用いて，各社独自仕様のこれまでのIPv6とIPv6を用いたIoTおよびグリーンITにで動作していた高圧受電設備で計測される合計665ポイン関する連携関係から，IEEE1888に関する協調関係が構築

トの戦力使用量をリアルタイムに，クラウド型のシステムされた．一方，2006年に設立したFNICは，米国NISTが主を用いて共有データベースと見える化システムを稼働させ宰したSGIPのB2G分科会の主要担当組織であるASHRAEた．測定データは，現在も東京大学のトップページに表示のBACnet分科会との関係をIPv6の導入に関する連携関係されている．

を持っていたことと，IPv6 Ready Logo ProgramのNIST

TSCP（東大サステイナブルキャンパスプロジェクト）での展開の担当者がSGIPにおけるIP技術の適用に関する室が実施した数々の節電施策と，この電力使用量見える化責任者の一人になっていたことなどから，FIAPおよびシステムによって，東京大学主要５キャンパスの合計値とIEEE1888のNISTへの提案活動を順調に推進することがでして，約31％のピーク値削減と，22％～25％の総使用量削きた．また，IEEE-SAは，ISO/IEC JTC1への提案トラッ減に成功した３，４）．

クを持っており，このトラック（Fast Track）を用いて，IEEE1888のISO/IECへ の 提 案 活 動 を 行 っ て い る．ISO/
IECへの提案においても，担当SCのSC6の議長は，韓国で−37−

注１）ハードウェアプラットフォームに関する依存性のない環境の提供を考慮し，Linux仮想マシン環境での参照ソフトウェアの提供とした．

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エネルギー・資源 Vol. 35 No. 5（2014）時点で，11の異なるシステムが導入され，合計1,714ポイントの計測が行われていた．これらの機器，サブシステム，およびアプリケーションは，IEEE1888のオープン性ゆえに，容易に取り替え可能，機能追加が可能なシステムとなっている．
このような，電力使用量の見える化・見せる化によって，2011年夏期において，ピーク値で44％，総量で31％の電力使用量の削減に成功した．

３．IEEE1888の設計思想とアーキテクチャ
図２

主要５キャンパス電力使用量見える化システム
3.1（2）工学部２号館の見える化と制御

IEEE1888アーキテクチャ５）

設備ネットワークにおけるセンサやアクチュエータ間既存設備として，５系統のサブシステムがあり，それぞで ア ク セ ス・ 通 信 プ ロ ト コ ル と し て は，BACnet/WS，れが異なる通信プロトコルを用い，データフォーマットもLonWorks/oBIX，Modbus，SNMPなどが存在するが，こ異なり，データの共有もシステムの連携も行われない状態

れらは，アクセス先にセンサやアクチュエータ機器が存在であった．そこで，IEEE1888の設計思想に基づき，各サすることを想定して設計されており，基本的にはこれらのブシステムはゲートウェイを通じて，共通のプロトコルで機器へのゲートウェイとしてしか機能しない．また，大量あるIEEE1888で定義された通信プロトコルを用いて，バッのデータ転送・保存および蓄積されているデータセットにクボーンネットワークに接続し，共通のデータベースおよ対する種々の操作（検索や集約化など）を行うことは想定

び各種アプリケーションとの間でのデータ通信を可能にしされていない．IEEE1888は，このような状態にあったファた．また，図３右下の部分は，新規に導入した各種センサシリティーシステムに，インターネットアーキテクチャ機器（温度，二酸化炭素，人感センサなど）である．これ（Internetの概念を導入して，ファシリティーシステムを，ら各種センサが生成するデータは，ゲートウェイを介して，マルチベンダー化，広域ネットワーク化，さらにオープン既存のサブシステムと同様に，IEEE1888システムに接続化させること）を目指したシステム設計とした．

された．複数のアプリケーションが実装され，各フィール

IEEE1888では，データベースセントリックな機能・動ドバスとのデータ通信や，デジタルサイネージ技術を用い作が，これまでのセンサとアクチュエータ間のゲートウェた施設の動作状況のリアルタイム表示などを可能にした．

イ機能と共存・両立可能な３層構造のシステムアーキテ
クチャとした．このようなアプローチは，TCP/IPの導入時にも適用された方法である．すなわち，センサ・アクチュエータから構成されるフィールドネットワークシステ
ムがゲートウェイ（GW）に収容され，データの蓄積機器（Storage）とアプリケーション（APP；データの加工やユーザとのインタラクションを行うモジュール）との間で対等にかつ自律的に相互接続される構造である．フィール
ドネットワーク，データレポジトリ，アプリケーションからなる３層構造で構成されるシステムを設計した（図４）．
IEEE1888のアーキテクチャ上の特長は，以下の通りである．
（1）多様なサブシステム（Field Bus）をGWを介して相互

図３接続するFederation Networking構造工学部２号館システム概要図（2）データベースセントリックなシステム構造
各部屋ごとに系統（空調，照明，一般電源，実験電源）（3）XML/SOAPを用いたデータ表記とデータ処理アルゴ別に電力使用量を表示可能にした．インターネット上の別サイトで動作するアプリケーションサーバは，共有スト

リズムの記述（4）データ転送パイプとデータ処理モジュールの相互連結

レージに格納されたデータを取得し，WEBサーバを介して，パソコンやスマートフォンなどの多種多様な画面・機によるデータフローのパイプライン管理（5）大容量データ転送のためのファイルインターフェース器を用いた情報の表示（見える化）を行った．2011年１月の導入−38−

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ンターネット上に存在するアプリケーションとのデジタル通信を可能にした．多種多様なアプリケーションと，多種多様なデータリンクを，細いIPレイヤ（＝ワイングラスのくびれの部分に相当する）を介して接続するモデルである．IEEE1888においては，デバイスドライバがGWに相当し，StorageがIPに相当する．GW（＝デバイスドライバ）を提議することで，既存のシステムのみならず新しい独自技術を用いたサブシステムすら相互接続ならびにシステム統合可能となる．一方，APPから，サブシステムはGWを介して，共通のインターフェース（＝XML）によって抽図４IEEE1888の３層構造アーキテクチャ概念図象化されており，サブシステムの技術仕様に非依存のインターフェースで，管理制御可能となった．言うなれば，サブシステムの仮想化あるいは，“Software Defined”と捉えることができる．最後に，共通のStorageを，すべてのAPPが参照可能にすることで，データの透明性が実現されることになる．これまで，各サブシステムごとに，フラグメント化されていたデータが，すべてのAPPに対して，透明にオープンに参照可能となることで，ビッグデータ的なシステム設計・運用を可能とする．
このような技術的な特長によって，これまで，系統ごとに構築・運用される垂直統合モデルから，系統間での連携と水平統合モデルを実現することを目指した．これは，これまでのビルやキャンパスの設計と発注，すなわち本業界におけるビジネスモデルが，垂直統合型で，しかも，機器

図５

提供ベンダーが全体および個別のシステムに関する技術仕IEEE1888の３層構造アーキテクチャ概念図様を決めてしまう『ベンダー主導』であったものを，シス
図５に，IEEE1888で定義した３層構造の意味を示した．
IEEE1888は，データベース（Storage）を共通の核として，テムの発注者が技術仕様を主導的に決定可能な状況（『ユーザ主導』）へと変革させることを意味している．

多様なAPP（アプリケーション）と多様なフィールドバス

また，GWを用いた相互接続モデルは，（1）既存システ（サブシステム）をGW（ゲートウェイ）を介して相互接ムからの連続的改修を可能にするとともに，（2）新しい（独続する構造となっている．これは，インターネットにおい自）技術のフィールドシステムへの適用を可能にする．そて広く，インターネットが成功したアーキテクチャ的な特の結果，既存システムとの共存と，継続的進化の可能性を徴として知られている，TCP/IPの「ワイングラスモデル」可能にするために必要となる「選択肢の適用」を可能にしと同じ構造を，異なるレイヤに適用したものと捉えるこている．この特長は，構成要素の改修周期が長いファシリとができる．TCP/IPにおいては，IP（Internet Protocol）ティーシステムにとって，とても重要なものとなる．

レイヤとデータリングレイヤとのインターフェースは，オIEEE1888を用いたシステムのオープン化は，多様なサペレーティングシステムにおけるファイルインターフェー

ブシステムおよびアプリケーションによって，データベースと同じにし（＝インターフェースの抽象化），デバイススに集積されるデータを共有かつ利用可能にすることを前

ドライバが各データリングレイヤの違いを吸収すること提にしている．すなわち，すべてのデータが共有され，“透で，多様なデータリンクとの相互接続性と新しいデータリ明に”（＝利用者と利用方法に制限なく）利用されることで，ンクを同一のインターフェースを用いて収容・相互接続すSingle Asset for Multiple-Useというインターネットの設ることに成功した．一方，アプリケーションレイヤに対し計思想を，ファシリティーの産業領域に持ち込むことを目ては，TCPおよびUDPが提供するすべてのアプリケーショ指したものであった．

ンに共通のソケット（socket）インターフェース（＝イン3.2

ターフェースの抽象化）を提供することで，多種多様なア

IEEE1888の今後の展開

IEEE1888の今後の技術面の展開としては，大きく以下プリケーションが，共通のインターフェースを介して，イの２つを目指している．
−39−

305

エネルギー・資源 Vol. 35 No. 5（2014）（1）OpenADRとの連携動作

Frontier Building，地上６階の教育研究棟）において，本OpenADRは，細かなファシリティーコンポーネント

郷キャンパス工学部２号館での成果と新技術・システムの管理制御を行うことを目的とはしておらず，主に，の導入・実証（例えば，PoE（Power on Ethernet）技術デマンド制御のためのデータ収集と制御目標値の通知を用いた直流電源供給と管理制御システムを導入や，大を，管理制御対象のファシリティーに対して指示する量のスマートタップの導入）を推進している．一方，国ことを目的としたシステムである．そこで，GUTPで際的には，米国カリフォルニアバークレー校，フランスは，OpenADRとIEEE1888を用いたファシリティーUMPS（University Pierre & Marie Curie），中国清華大の管理制御の連携稼働に資する，システムアーキテク学，国立台湾大学，タイ Chulalongkorn大学，インド IIT

チャの研究開発と，システム仕様の検討を行い，必要Hyderabad校などと，実際の教育研究棟を用いたスマートに応じて，標準化を行うことを考えている．

ビル化の連携協力活動を検討・推進している．

（2）セキュリティー機能の強化
す で に，IEEE1888に お い て は，IEEE1888.3と し て，４．むすびファシリティーを構成する機器の間での相互認証機能

Internet by Designの考え方に基づいたスマートビル・を定義し，標準化を行っている．しかし，現在の相互スマートキャンパスの実現にむけて，産学連携コンソーシ

認証アーキテクチャは，クライアントサーバ型を基本

アム「東大グリーンICTプロジェクト」（GUTP）を設立，としており，サーバとの接続性の消失や，サーバの故東京大学本郷キャンパス工学部２号館を核として，デー障あるいはサイバー攻撃による設定情報の取得や漏洩

タベースセントリックな３層構造からなるIEEE1888を設に対する脆弱性を持っている．そこで，IDベース暗計・提案し，その国際標準化と実証実験を行った．マルチ号方式など，ピア・ツー・ピア型（あるいはM2M型

ベンダー環境でのシステム構築・運用に成功し，国内外でともいう）のセキュリティーアーキテクチャの研究開の研究ならびにビジネス展開を推進している．プロジェク

発と適用に向けた検討を行う予定である．

トが目指すスマートビル・スマートキャンパスは，省エネ・

一方，IEEE1888を用いたスマートビル・スマートキャ

節電だけではなく，危機管理の向上と生産性の向上，さらンパスの展開としては，以下のような活動を展開している．に，新サービス・イノベーションの創造を目指している．

国内においては，東京工業大学 環境エネルギーイノベーション棟，大塚商会本社ビル/横浜ビル，マイクロソフト

参 考 文 献社品川本社ビル，新菱冷熱本社・事業所ビル，ユビテック

１）Hiroshi Esaki, Hideya Ochiai;“The Green University ofTokyo Project”, Invited Paper, IEICE Transactions on
Communications, Special Issue on, Vol. J94-B, No.10, pp.12251231, October 2011.
２）H. Ochiai, M. Ishiyama, T. Momode, N. Fujiwara, K. Ito,
H. Inagakim A. Nakagawa, H. Esaki;“FIAP: Facility
Information Access Protocol for Data-Centric Building
Automation Systems”, Workshop on Machine-to-Machine
Communications and Networking（M2MCN）2011, IEEE
INFOCOM2011, Shanghai, April 2011.
３）江崎 浩；なぜ東大は30％の節電に成功したのか？，幻冬舎（経営者新書），2012年３月．
４）平井；5-2 大学設備，電設技術，電力不足とその対策特集，
57-60，平成24年５月号．
５）Hiroshi Esaki, Hideya Ochiai;“ICT System Architecture forSmart Grid”,IEICE Journal, 94-5,. 391-395, May 2011.

社本社フロア，日立情報通信エンジニアリング社中井開発
センタービル，静岡大学，大阪大学サイバーメディアセン
ターなどが具体的な事例として挙げられる．特に，マイクロソフト社品川本社ビルでは，クラウドとデータセンターを戦略的に用いたスマートビル化が実践されており，ビルへの入居時，稼働時，さらに撤去時のすべてにおけるコストダウンと効率化が実証されている．
東京大学内においては，全学での電力使用量の見える化の高機能化と，工学部における主要教育研究棟の電力使用量の見える化を推進している．さらに，東京大学 大学院
情報理工学研究科では，弥生キャンパス内に，2013年９月１日に竣工したI-REF棟（IST Research and Education−40−