次世代・新世代ネットワーク―インターネットの次にくるネットワークとは―
筑波大学大学院 システム情報工学研究科 リスク工学専攻 博士前期課程 1 年
3班

神尾優仁

坂下泰紀

張螢祺 山城牧人

アドバイザ教員：片岸一起

平成 20 年 9 月 22 日
1.

研究背景

2.2.

研究の位置付けインターネットは様々な技術の発展により時代ととも本研究においてなされる提案は現在の技術では実現不に急速に進歩し，従来異なるものとして取り扱われてきた，可能に思えるものもある．しかし，本研究で対象とする新音声，画像，動画といったメディアをひとまとめにして扱

世代ネットワークは，現在のネットワークシステムおよびうことが可能になった．

要素技術にとらわれない，全く新しいネットワークである．

このことは従来の電話網，放送網にも影響を与え，次世そのため，我々は 10 年 20 年以降のネットワークの理

代 の 電 話 網 と し て 次 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク (NGN ・ Next

想像に対して明確なイメージを持った上で研究を行うべGeneration Network)が開発されている．回線を占有するきであり，本研究が新世代ネットワークを考える上での 1回線交換を利用する電話網と異なり，インターネットおよつの指針となることを目標とする．

び NGN では，通信方式としてパケット交換を利用するこ

以下に章構成を記す．3 章で，インターネットの前身でとで，回線利用率の向上等の利点を得ているが，現状ではあるARPAnetからNGNまでのネットワークの変遷を述

まだ解決すべき問題が残っている．そのためそれらの問題

べ，4 章で現在のインターネットが抱える問題点を列挙し，を克服できる 2015 年以降のネットワークである新世代ネ

5 章でNGNについてまとめ，6 章でAKARIプロジェクト

ットワークの考察が行われはじめた．

が掲げる新世代ネットワークをまとめ，7 章で新世代ネッ
トワークにおけるコンテンツ 1 のあり方と，その新しい表

2.

研究目的と研究の位置付け

2.1.

現について考察し，8 章でまとめる．

研究目的

本研究では，現状のインターネットが抱える問題を挙げるとともに，NGN および新世代ネットワークの可能性について考察する．

3.

ネットワークの変遷
インターネットの前身はアメリカ国防総省の研究プロ

ジェクトにより構築されたコンピュータネットワー新世代ネットワークとは現在のインターネットが抱えク”ARPAnet”である．ARPAnet は，冷戦下のリスク・機る問題が全て解決され，ユーザの要望が満足されるネット能・負担の分散処理を目的とし，パケット通信と呼ばれるワークである．6 章で我々は，新世代ネットワークの設計通信手段を用いて 1969 年に誕生した．パケット通信とは，図を作成することを目的として開催された，AKARI プロ

端末からのデータを分割し，パケットと呼ばれるかたまり

ジェクト[1]の概要を説明するが，AKARI プロジェクトはに小分けにして伝送し，柔軟に経路を選択しつつ受信側に主に技術的観点から新世代ネットワークを論じており，利パケットを送り，パケットを結合して元のデータを受信側用者の視点から見た新世代ネットワークの考察が欠けての端末が得ることができるような通信手段である．

いると思われる．

そ の 後 軍 事 分 野 の 分 離 ， Transmission Control

そのため我々は利用者の視点から見た現状のインターProtocol/Internet Protocol (TCP/IP)システムの確立，ネットが抱える問題点を挙げ，ボトムアップで新世代ネッWorld Wide Web (WWW)技術の発展，商用・一般産業のトワークを考察する．
1本稿ではネットワークを介して提供される文章，画像，音声等の情報を表現する手段をまとめてコンテンツと呼ぶ．

参入により巨大なデータ通信網の形態を確立し，現在のイprotocol (BGP)が用いられ，障害時に代替経路が選択さンターネットとなった．従来，データ通信網，放送網，電れる．その回復に長時間かかることは，ミッションクリ

話網はそれぞれ専用機器と回線を持ち，垂直志向のネットティカルな用途を考えると，破綻といえる．

ワークを形成していた．しかし近年のデータ通信網の急速・ネットワーク層固有の時間間隔の破綻な発展により，この分担は曖昧になり，次世代ネットワー

IP はコネクションレスであるため，本来時間の概念クへの移行が必要となった．次世代ネットワークにおいては存在しない．しかし，プロトコルの設計や運用が不適はネットワークインフラが IP ベースで共通化される事に切な結果，ネットワーク層に時間が導入され，破綻してより，様々な情報機器をオープンなインターフェースで結いる．

ぶ水平志向のネットワーク形態になる．（図１)・IP security (IPsec)の破綻
アプリケーションにより要求されるセキュリティ方式は異なるにもかかわらず，共通のセキュリティ方式を持たせようとする IPsec は当初より矛盾を内包していた．
・Internet Protocol version 4 (IPv4)の破綻
IPv4 のアドレスの総数から，インターネットに繋げることができる機器数は 40 億を超えることが出来ない．

図 1 垂直志向（従来）と水平志向（次世代）・Internet Protocol Version 6 (IPv6) とNeighbor discovery protocol (ND)の破綻

また，より長期的な目標として 2015 年をめどに白紙のIPv6 は IPv4 のアドレスの総数以外の問題点を全て状態からネットワークを再構築しようとする新世代ネッ受け継いでおり，ND もエンド・ツー・エンド原理に違トワークが考察されている．

反している．
上記に加えて，持続可能な社会の形成に欠かすことの4.

現状のインターネットが抱える問題点
本章では，AKARI プロジェクトが挙げる現状のインタ出来ない省エネも，今後解決しなければならない問題の1 つである．

ーネットが抱える問題点を列挙するとともに，我々がユーザの視点に立って考えた問題点を列挙する．

4.2.

ユーザ視点に立ち考えた問題点

・検索機能の不正確さ

4.1.

AKARI プロジェクトが挙げる問題点

・マルチキャスト経路制御の破綻

インターネットの利用者数は年々増加しており，2008 年には世界で 14 億人を超した．[2]利用人口の増マルチキャスト経路制御とはドメイン内で各種方式

加に加え，機器およびネットワーク性能の向上によって，を許し，それらを統合し共通のプロトコルで結合しよう

現在のネットワーク上のコンテンツ数は非常に大きなというものであるが，複数のマルチキャストグループ経ものとなっている．そのため，現在のキーワードベース路の統合は一般に不可能である．の検索では意図した情報を得ることが困難である．

・Asynchronous Transfer Mode (ATM)の破綻

・言語の不一致による相互理解の阻害

マルチキャストへの過大な期待が存在するが，今日の多くのユーザはネットワーク上で何らかのコンテンようにほとんどの端末が IP のみを使用する環境ではブツを利用する際に，母国語，および英語のコンテンツ以ロードキャストだけを用いるほうが効率的である．

外利用しておらず，それ以外の大量のコンテンツは無視

・インタードメイン経路制御の破綻
イ ン タ ー ド メ イ ン 経 路 制 御 に は Border gateway

され続けており，インターネットの公平さと，異なる言語使用者間での相互理解を妨げている

NGN もこれに習い，誰もが自由に創造することができる

5.

NGN
本章では，数年後の完成に向けて，現在取り組まれていように，各インターフェースの仕様を公開する．
・汎用的なモビリティとユビキタスサービスの提供

る NGN について述べる．NGN はインターネットの基本

電話には固定系と移動系が存在するために，移動系も含め的なアーキテクチャとサービス条件を保持して,電話・デた NGN を構築する必要がある．

ータ・放送・携帯のクアドラプルプレイサービスを実現す

Fixed Mobile Convergence (FMC)と呼ばれる固定・移動るものである.

体通信を意識せずに使用できる統合されたサービスを提供し，異なるアクセス方式間を移動し場合でも途絶えない

5.1.

NGN の背景

携帯電話の普及，インターネットによる安価な IP 電話や，スカイプ電話の登場により固定電話の通話料収入の減通信を実現する(モビリティ)．
また電車内や自動車内など従来はアクセスが制限された区間内での高速，広帯域な通信を実現する．

少が続く．またパケット通信網の発展により，音声通信を行うにしても，パケット通信網を利用したほうがコスト面

6.

新世代ネットワークで有利になった．しかしインターネットは電話網と比較し新世代ネットワークとは,20 年後・30 年後の情報ネットて簡便性やセキュリティで劣る．そこで電話網の安心感やワーク社会を実現するための,現実と仮想空間の融合を扱簡便さを保ちつつ，電話やテレビ会議，ストリーミング等う事が出来る 2015 年以降の新しいネットワークを指す.の多様なサービスを提供可能なパケット通信網を利用した次世代電話網が提案された．

6.1.

新世代ネットワークの位置づけ

現在のネットワーク研究開発の多くは,インターネット

5.2.

NGN の特徴

本節では，NGN の主要な特徴を 4 つ挙げ，それぞれにの普及と共にその技術発展に捕われており,インターネットありきで開発をする傾向が強い．この状況は，ネットワついて説明する．

ーク社会の発展過程の方向性が特定企業の利害を反映し・広帯域かつ QOS 制御可能た形になる・局所的な最適化に陥るなどの弊害が起こる可

現在のインターネットではセキュリティと QOS 保証が不能性があり，その技術が限界に達したときに次の世代の技十分であり，テレビ会議システムが必ずしも動作するとは術への大きなギャップを生む危険性がある．NGN はこれ限らず，スパムメールやウィルスが蔓延している．次世代の典型的な例であり，現在の技術改良および現在から５年の社会インフラとなる NGN においては医療システムな以内の短期的研究開発にあたる．

どの重要な通信を任せられる信頼性と安全性が必要であ

新世代ネットワークの研究開発は現在の社会で使われる．ているネットワークシステムやその技術資産に縛られず，・パケットベースのネットワーク全てを白紙に戻した状態で理想のネットワークの構築を

通信事業者はインターネットサービスの提供もかねてい目指すものであり，10 年 15 年先の理想となるべきネットるケースが多く，同じサービスに異なる 2 つの通信インフワークを指す．

ラを用意するのは設備投資の多重化を招く．
そのため 100 年以上の歴史を持つ回線交換式の電話網を捨て，IP をベースとした全く新しく形に作り替える．

6.2.

AKARI プロジェクト

インターネットは様々なコンテンツが溢れる情報ネッ・オープンなインターフェース

トワーク社会を想定して設計されていなかったため，社会インターネットは誰もが自由にビジネスを展開できるオの変遷を担う事が出来ず多くの問題点を生んでいる．未来ープンなプラットフォームであったため，様々なサービスのネットワークでは持続的進化性を持つものが求められが創造され，発展してきた．ており，既存技術の制約に捕われない新たなネットワーク

表 1 NGN と新世代ネットワークの比較の設計図の作成を目的としたものが AKARI プロジェク

3．無線アクセス：様々なセンサやパーソナル通信デバイ

トである．発展していく将来の基盤技術と多様な将来のユスがユーザを取り巻くように存在する新世代での無線通ーザの要求を取り込み調和させた新しいネットワークの信技術と無線ネットワーク構成を述べる．

概念を提案しているが，最終的な設計図の完成まで設計原4．Packet Division Multiple Access(PDMA)：パケット理ですら固定されたものではなく，設計や評価を通じたフ網の通信特性に適合し，セル設計とチャネル割当が不要なィードバックにより変化しうるものとしている．表 1 に移NGN と AKARI プロジェクトの掲げる新世代ネットワー

動体無線通信の新しいパラダイムを述べる．

クとの違いを示す

5．トランスポート層制御：トランスポート層制御のユニバーサル対応，移行シナリオ，公平性などの展望を述べる

6.3.

AKARI プロジェクトの掲げる新世代ネットとともに，科学的根拠に基づく工学的実現の例となる自己ワークの特徴

組織制御型 TCP を紹介する．

新世代ネットワークにおける新アーキテクチャの構成

6．Identifier/Locator Split Internetworking

要素として，以下のような方策が議論されている．

Architecture：移動通信やマルチホームを簡素化しプラ

1．光パケット交換・光パス：光技術の広域性を活かしたイバシを守り，ネットワークをスケーラブルに構築するア

パケット交換技術の可能性と，様々なサービス提供に必要ーキテクチャを提案する．

な異なる交換原理を統合するときの方策を述べる．

7．レイヤリング：隣接レイヤに限らず制御情報のやりと

2．光アクセス：今以上に高速かつ様々なサービス提供にりを行なうクロスレイヤアーキテクチャを提案する．

有用な新世代の Fiber-To-The-Home(FTTH)の概念を述

8．セキュリティ：分散管理型のセキュリティについて述

べる．

べる．

9．QoS 経路制御：ユーザ視点での経路制御の重要性を述一致による相互理解の阻害を解消することができる新たべ，全体最適を達成するためのスケーラブルな QoS 経路なコンテンツの取扱い方である．

制御を提案する．
10．ネットワークモデル：多様なサービス創出のためネ

7.1.

脳内二値化表現法

ットワーク機能をユーザに解放するオープン性を述べる．

脳内二値化表現法とは，言語によらないイメージの表現

11．ロバスト性制御：スケイラビリティ，故障などを含め方法である．利用者の意図するイメージを文章やキーワーた通信環境の変動に対する適応性などを実現する自己組

ドで表現できない際の手助けおよび，より詳細な検索，判織化のアプローチを述べる．

断を補助する役割ができるものとする．本研究では，二値12．レイヤ縮退：ネットワークを単純化し，複数層にま化の際のデバイスを言及することを控える．現状においてたがる重複機能を削減する方策を述べる．

いくつかの脳内情報の取扱い方法，および表現方法は考案

13．IP の単純化：クリーンスレートで再設計したネット

されてはいるが，ネットワークはもちろんのことコンピュワーク層を提案する．

ータに接続することによってそれを活用できるというデ

14．オーバーレイネットワーク：新世代に向かって，持バイスはほとんど存在していないのが現状であり，開発が続可能なネットワーク実現や，ユーザコントローラビリテ待たれているような段階である．

ィなどの枠組みをもつ新たな可能性を述べる．
15．ネットワーク仮想化：アーキテクチャ設計，競争原

7.2.

理，持続進化を促進する枠組みを述べる．

脳内二値化表現法は，関連研究が進められている．その例

関連技術を以下に示す．

7.

1，脳磁図を用いたイメージ読み込み

新世代ネットワークにおけるコンテンツ
本研究では，これまでの現状から NGN そして,新世代2，軍事利用において，イメージによる通信・指令ネットワークにおけるコンテンツの変遷を考える．コンテ

3，音声コミュニケーション

ンツは,当初信号から始まり,長らくは文字のみの情報であ4，仮想世界（セカンドライフなど）におけるアバターの制御．散歩，会話（脳波を利用）った．しかし，通信技術の発達や情報発信端末の多様化から，現在では，音声，画像，動画（音声＋画像）といったこれらの多くは，GUI（Graphic User Interface）などとものも，ネットワークを介して取り扱われており，現段階

同 等 に 開 発 さ れ て い る BUI （ Brain Computer User

においても膨大なトラヒック量となっている.

Interface）関連技術である．現状で，市場規模予測（計そのような状況において，我々は新世代ネットワークで測装置，入力インターフェースなど）がされており，国内新たに取り扱われはじめるコンテンツは使用する人間の市場で 7000 億円（2025 年），世界市場で 1.2 兆円（2025「イメージ」ではないかと推測する．もちろん，現在の技年）となっている．新世代ネットワークが 2015 年をめど

術では，高い精度でユーザの意図しているイメージをそのにと考えられているが，おそらくこのコンテンツが広く世まま汲み取り検索や画像のマッチングを行うことは不可界に普及することになるのが，2020 年以降であると予想

能かもしれない．しかし，新世代ネットワークを考える際される．には，「現在の社会で使われているネットワークシステムやその技術資産に縛られずすべてを白紙に戻した状態で，7.3.

現在取り組みが行われている研究かつ理想のネットワークの構築」を考えることが重要であ

本節では，コンテンツに着眼した，新世代ネットワークる．そのため，今後利用者の考えるイメージをコンピューに向けた研究の内，コンテンツのグループ化とコンテンツタが理解するという理想型を実現出来るであろうと想定の関数化について紹介する．

し，現在の技術との乖離を少なくするような議論を行っていく．

コンテンツのグループ化は，数多くの先行研究やいくつかのアプリケーションに導入されている．マイクロソフト

我々は，その理想型を「脳内二値化表現法」とする．こ社などにおいても，人間のイメージをいかにコンピュータれは，今までのネットワークでは,達成が困難であった利に載せることができるかということに関しての研究も行用者からの問題点，検索機能の不正確さ，および言語の不われ始めている．関連技術を挙げると，ファイル共有ソフ

ト(Winny,Limewire,Share 等)において，嗜好に合わせてるコンテンツの扱い方，つまり単純化・関数化がより重要参加者をグループ化することでファイル共有を効率化しであると考えた．

たり，データに付随しているタグ名をクラスタリング（自動分類）することにより，同じ群（クラスタ）同士を同時8.に扱うことができている．さらに，IC タグ，音声，写真，本研究では，現状のネットワークを支える基本技術を紹介

映像などのマルチメディアコンテンツ情報を共通の関数し，されに現状の問題点を抱えるようになった背景を探る

符号化で表現する基本技術により，関数情報に基づくコンためにインターネットの歴史を振り返った．そして，現在テンツオリエンテッドなコグニティブ・ネットワークアー移行が進められている従来の電話網に代わり IP を用いたキテクチャの設計・手法について，片岸らが研究開発を進ネットワークで構成される NGN について説明した．さらめている．に，システム管理の面からの問題点，ユーザ側からの問題コンテンツをグループ化，および関数化することによって得られるメリットをいくつか挙げる．
1，莫大な情報量を単純化することで，ネットワークまとめ点を挙げ，新世代ネットワークの可能性を考察し，ネットワークに流れるであろう現状のコンテンツ（文字，音楽，画像，動画）に追加して，新しく脳内情報を新しいコンテを流れるパケット量を削減し，省エネも実現できンツとし,それを取り扱う脳内二値化表現方法を提案した．

る．

そして，デバイスではなくコンテンツとしての扱い方が重2，関数化することによって，情報の劣化を防止要であることが分かった．最後にコンテンツを単純化・グ

3，レイヤーの上位層（アプリケーションなど）の性ループ化・関数化することにより，システム面からもユー能に依存することがないといったことが挙げられる．

ザ面からもメリットがあることを述べた．新世代ネットワークに対して，トップダウン的にではなく，ユーザが求め得に，現状のインターネット網を利用しつつ，新世代ネるもの（本研究では脳内のイメージをコンテンツとして扱ットワークへ移行する際にも，パケット量の節約は大きなった）の必要性から，ボトムアップ的に扱い方の重要性をメリットである．コンテンツ量の増大はパケット量の増加述べた．につながり，通信によるパケットの損失などでの情報の劣本研究では，研究背景，現状の技術の把握に多くの時間化を防ぐことができることは，ユーザ側もそしてシステムをかけた．その中で新世代ネットワークにおいて現状との管理側としても期待するものである．

違いを身近な問題点から求め，そこでの新しいコンテンツを挙げ，そこでの必要な技術に関して議論した．しかし，

7.4.

新世代ネットワークで期待できること実験的なオリジナリティではなく，新世代ネットワークに

我々は，調査を開始した当初，新生代ネットワークは「現対する視点をユーザ側からとした研究となったため，今後状のネットワークの問題をすべて解決するネットワーク」

は，実際どのようにコンテンツを扱えるようになるかといであるから，そこには問題は何もないように思われた．し

関連技術の実装を試みることが今後の課題として挙げらかし，それを達成するための技術がまだおいついていないれる．

こと，さらにシステム管理の面からの考察は多くなされているが，実際にネットワークを使用するユーザ側からの考9.

察は，不十分であるように思える等，問題は残されている[1]AKARI Home page

ことがわかった．

http://akari-project.nict.go.jp/

新世代ネットワークにおいては，コンテンツをユーザが参考文献[2]World Internet Usage Statics News and World

より身近に感じ，かつ QoS 保証もしっかりとしたものでPopulation Statsあり，より感覚に近い形でネットワーク上の情報を扱える

http://internetworldstats.com/stats.htm

ことが期待される．感覚に近いという意味で本研究では脳[3]浅谷耕一:ネットワーク技術の基礎と応用，コロナ社，内情報を二値化することによってコンピュータに対して2007より精度の高い要求が行えるかということを考えた．そのためには，まず現状でパケットを介してやりとりされてい