IoT/自動運転時代の仮想シミュレーション環境「箱庭」～アーキテクチャとコア技術適用可能性について～
2019/12/19
森 崇（永和システムマネジメント）
高瀬 英希（京都大学／JSTさきがけ）© Copyright 2019, ESM, Inc.

2目次
1. 箱庭WG結成の背景・経緯

2. IoT/自動運転時代のシステム構築時の課題
3. 箱庭の目指すところ
4. 箱庭アーキテクチャと利用シーン
5. 箱庭のプロトタイプモデル
6. 箱庭コア技術(別資料)

7. 箱庭WG活動紹介© Copyright 2019, ESM, Inc.

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はじまりは
• 2018年度 ESMの自動運転システム検証環境として© Copyright 2019, ESM, Inc.

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athrillのように箱庭をオープンソース化したい© Copyright 2019, ESM, Inc.

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TOPPERS/箱庭SDK活用の可能性• 大きな課題が多い• さまざまな技術を組み合わないといけない• 個々の技術領域を横断するのは至難のわざ• 一人では持ちきれない!!

© Copyright 2019, ESM, Inc.

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TOPPERS/箱庭SDK活用の可能性• 自力でできること• athrillを車両ECU制御シミュレータとして機能拡張すること• 特に重要な機能は，自動運転制御系との連携機能• ⇒athrillライブラリとして，ROS化を実現
自動運転制御系

ECU制御系

CAN通信⇒仮想化(ROS通信)

ECU© Copyright 2019, ESM, Inc.

車載PC

ここはオープンにできる!!

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TOPPERS/箱庭SDK活用の可能性• 自力でできないこと• オープン自動運転制御ソースを利用する• 自動運転制御シミュレータを利用する• AWSサーバーを自費で構築する• サーバー制御プログラムを作る• ECU制御プログラムを作る• などなどAUTOSAR/ATK2

でも，パーツはそろっているのでは？

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TOPPERS/箱庭SDK活用の可能性• TOPPERSの英知を結集した

ジャパニーズ・箱庭シミュレータ!!

車両ECU制御
シミュエータユーザ
エクスペリエンス

仮想・ネットワーク© Copyright 2019, ESM, Inc.

自動運転制御シミュレータサーバー仮想化技術

AUTOSAR/ATK2

9TOPPERS/箱庭SDK活用の可能性とはいうものの…課題は山積み
1. 箱庭SDKの需要は一般市場向けとしてあるか？
2. 様々な分野の技術・企業が集まらないとできない
3. どうやって運営する？誰が主導する？旗振り役が必要
4. オープン化するメリットは？
5. 参加 or主導する企業・団体のメリットは？
課題を乗り越えた場合のうれしさは？
1. デファクトスタンダード(標準化)
2. 参加団体・企業の技術アピールの場(広報効果)
3. 参加団体・企業へのマネタイズ効果
4. 最新技術をキャッチアップ
5. 箱庭SDKproの使用権利(出資企業は優遇される等)© Copyright 2019, ESM, Inc.

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athrillとmROSの組み合わせ• 2018年の年末：高瀬先生に質問しながらmROS移植！

Athrillを拡張・C++対応
・TCPライブラリ対応© Copyright 2019, ESM, Inc.

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高瀬先生のご尽力で
TOPPERS・WG
新規立ち上げへ！
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TOPPERS箱庭WG結成！(7名)• TOPPERSの有志が集って，箱庭WGが結成されました！
氏名

所属

主な役割

森崇

永和システムマネジメント

主査 全体統括，Athrill

高瀬 英希

京都大学／JSTさきがけ

運営委員 mROS，ROS通信，

細合 晋太郎

チェンジビジョン(個人会員)

IDE，モデリング，可視化，

田邉 友

永和システムマネジメント

Athrill，仮想環境，

山田 昌幸

永和システムマネジメント

Athrill，MBD，

高田 光隆

名古屋大学NCES

カーネル，応用検討，

庭野 正義

名古屋大学NCES

車載コンポーネント，© Copyright 2019, ESM, Inc.

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活動年表
◼あゆみ

今年で2年目◼ 2018年• ESM内プロジェクトで箱庭環境構築実施(7月)• TOPPERS開発者会議で箱庭紹介(10月)• athrillとmROSを組み合わせる(12月末)◼ 2019年
••
•••••
•
•

WWESTで箱庭紹介(2月)
高瀬先生のご尽力によりTOPPERS・WG化(3～4月)
TOPPERSカンファレンスで箱庭紹介(6月)SWESTで箱庭WG紹介(9/5-6)※シルバー賞受賞
箱庭合宿実施(9/28-29)
TOPPERS開発者会議で箱庭紹介(9/30)
ET2019で箱庭WG紹介(11/20)
TOPPERS技術検討会議(12/19)★感謝！
今後の予定• 箱庭WG合宿(３月？＠福井)© Copyright 2019, ESM, Inc.

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目次
1. 箱庭WG結成の背景・経緯

2. IoT/自動運転時代のシステム構築時の課題
3. 箱庭の目指すところ
4. 箱庭アーキテクチャと利用シーン
5. 箱庭のプロトタイプモデル
6. 箱庭コア技術(別資料)

7. 箱庭WG活動紹介© Copyright 2019, ESM, Inc.

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IoT/自動運転時代のシステム構築時の課題
IoT/自動運転システムのような複雑なシステムでは，少なくとも以下の２つの課題があると考えています．
1. システム構築の視点• 様々な機器/ソフトウェアが絡んでいるため，実証実験の現場では，機器間の不整合が頻発し、トラブル対応の時間・手間・コストがかかることが想定される．
2. サービス構築の視点• IoTサービスとして，様々なIoT機器がある中で，それらをどう組み合わせると，斬新で画期的なサービスを創出できるかわからない．
• 新しいサービスを検討するにしても，実物のロボットでは準備・手間がかかりすぎる．
• 様々なサービス検討のために，IoT機器の仕様が頻繁に変更され，システム開発者に負担がかかる．

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IoTシステム構築時の課題(例：自動運転システムの場合)
管制サーバ

自動運転システムの開発は，様々な分野の技術領域を横断している！
スマホ

凡例

Web系

IT系エンジニア
制御系エンジニア

クラウド

バックエンド
サーバ系

ET系エンジニア
その他エンジニア

車載PC
自動運転
制御系

センサ

エレキ系

ネットワーク系

CAN
メカ系

ECU制御系

交通サービス系

ECU© Copyright 2019, ESM, Inc.

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IoTシステム構築時の課題(例：自動運転システムの場合)• 問題発生経路の複雑化• 全体結合しないと見えない問題が多数潜んでいる• 様々な機器間の整合性がとれていない可能性大• 原因調査の複雑化• どこで何がおこっているのか調査困難• そもそもデバッグすること自体が難しい• 実証実験のコスト増• 実証実験は手軽に実施できない• 各分野のエンジニアの総動員• 手間，時間，費用がかかる© Copyright 2019, ESM, Inc.

クラウド

管制サーバ

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IoTサービス構築時の課題(例：ロボットサービスの場合)
ロボットサービス・提供者
・ロボットサービスをどう組み合わせると，効果的な新しいサービスを創出できるかわからない・新しいサービスを検討するにしても，実物のロボットでは準備・手間がかかりすぎる?

??

どう組み合わせればよい？

どうやって動かす？
実物のロボットは手間がかかる
作りたいロボットサービス

要件変更適用に時間がかかる

ロボットシステム・開発者

ロボットサービス群

要件が頻繁に変わるシステム要件設計・実装© Copyright 2019, ESM, Inc.

実証実験時に結合トラブルが頻発する

実証実験物理シミュレータ

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IoTサービス構築時の課題(例：ロボットサービスの場合)
テスト環境構築に手間取る

開発者とユーザの間でイメージ共有が難しい

ロボットシステム
開発者

思い付いたアイディアを手軽に試したい

ロボットサービス
提供者

様々な機器を組み合わして色々試したい
IoT機器提供者／開発者© Copyright 2019, ESM, Inc.

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仮想シミュレーション環境によるアプローチ
仮想シミュレーション環境上(箱庭)でIoT/自動運転システムを開発する⇒各分野の技術者が箱庭上に開発対象ソフトウェアを持ち寄って，机上実証実験！
自動運転
制御系エンジニア

ネットワーク系エンジニア

ECU制御系エンジニア

Webエンジニア© Copyright 2019, ESM, Inc.

バックエンドサーバ系エンジニア

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箱庭の基本コンセプト• 箱の中に，いろいろなモノを自分の好みで配置して• 色々試せる！
•

評価シナリオ, 自社サービスP/F, 地図等

車, 環境, イベント等々

モノ自分の好み色々試せる！
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箱22

目次
1. 箱庭WG結成の背景・経緯

2. IoT/自動運転時代のシステム構築時の課題
3. 箱庭の目指すところ
4. 箱庭アーキテクチャと利用シーン
5. 箱庭のプロトタイプモデル
6. 箱庭コア技術(別資料)

7. 箱庭WG活動紹介© Copyright 2019, ESM, Inc.

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箱庭の目指すところ• 箱庭のターゲット• IoTのような複雑なシステム(自動運転/物流・宇宙等様々な分野を想定)• 様々な機器(リアルタイム/非リアルタイム)がネットワークで接続されたシステム• 箱庭とは• 全体結合シミュレーション環境• 箱庭の利用者• システム開発者• サービス提供者• 箱庭アセット開発者／提供者

システム開発者

箱庭(全体結合シミュレーション環境)

アセット開発者• 目指す強みと新しさ• IoTの各要素を連携させ任意の精度で検証可能• 検証の対象/抽象度/レベルを任意に変更できる• コンポーネントの差し替えで対応できるようにする© Copyright 2019, ESM, Inc.

サービス提供者

アセット提供者

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箱庭の目指すところ• 複雑なシステムを開発/提供する関係者のためのシミュレーション環境を目指す
システム開発者

サービス要件の早期キャッチアップ

箱庭コア技術(RTOS等)

クラウド技術(サードパーティ)

アセット
利用料

アセット
提供
TOPPERS成果物

色々試せる

全体結合シミュレーション環境

手軽に試せる

スケール
向上

検査
自動化

問題早期検出

可視化技術(サードパーティ)

改善要望の早期リリース

サービス提供者

箱庭アセット
開発者／提供者© Copyright 2019, ESM, Inc.

サードパーティ成果物(AUTOWARE等)

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目次
1. 箱庭WG結成の背景・経緯

2. IoT/自動運転時代のシステム構築時の課題
3. 箱庭の目指すところ
4. 箱庭アーキテクチャと利用シーン
5. 箱庭のプロトタイプモデル
6. 箱庭コア技術(別資料)

7. 箱庭WG活動紹介© Copyright 2019, ESM, Inc.

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箱庭のアーキテクチャ■箱庭ドメイン・サービス
様々な分野への適応を目
指す

車載系

家電系

航空・宇宙

物流系
ロボット

箱庭ドメイン・サービス■箱庭コア
箱庭固有のシミュレーション技術をコア技術化

Hakoniwa Engine■サードパーティ
既存のサードパーティ製で出来ていることは積極利用

サードパーティ(クラウド)

Simulink

サードパーティ
(可視化)

箱庭コア

■箱庭アセット・サービス
シミュレーション内の登場物を箱庭アセット化し，アセット数拡充を目指す

箱庭アセット・サービス

RTOS© Copyright 2019, ESM, Inc.

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マルチレイヤ・コンセプト(例：ロボットシステム)
仮想化レベル(抽象度)

利用者

価値

物流系
物流サービス全体
サービス開発者 としての動作確認

L-3

工場内
スペース

ロボット群

クラウド連携

L-2

走行環境

ロボット内
マイコン群

ロボット
間通信

ロボット開発者

ロボット単体として動作確認

L-1

センサ

マイコン

通信

ロボット向け組込み開発者

個々の機能間の動作確認© Copyright 2019, ESM, Inc.

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箱庭の利用シーン© Copyright 2019, ESM, Inc.

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箱庭の導入効果(例：自動運転システムの場合)© Copyright 2019, ESM, Inc.

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箱庭の導入効果(例：ロボットサービスの場合)© Copyright 2019, ESM, Inc.

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目次
1. 箱庭WG結成の背景・経緯

2. IoT/自動運転時代のシステム構築時の課題
3. 箱庭の目指すところ
4. 箱庭アーキテクチャと利用シーン
5. 箱庭のプロトタイプモデル
6. 箱庭コア技術(別資料)

7. 箱庭WG活動紹介© Copyright 2019, ESM, Inc.

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箱庭のプロトタイプモデル
箱庭コンセプトの実現/技術調査するために，以下の３つのプロトタイプモデルを構築する予定です．
仮想化 プロトタイプモデル
レベル

目的

1,2

A：
ETロボコン向けシミュレータ

2

B：
・時間同期の仕組み検討
ROS・マルチECU向けシミュレータ ・mROS/athrill普及

3

C：・クラウド連携
車車間協調動作向けシミュレータ© Copyright 2019, ESM, Inc.

・技術研鑽
・広報活動

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A：ETロボコン向けシミュレータ
物理シミュレータ

マイコン・シミュレータ
制御アプリ
シミュレータ
間通信

EV3RT
ASP3

athrill
技術研鑽視点での狙い：
・物理シミュレータとマイコンシミュレータ間の連携方法の検討
・シミュレーション時間同期の検討
・要件出し：求められる時間精度
・実現方法検討：箱庭コア技術としてどうやって実現するか
その他の狙い：・ETロボコンユーザ層に箱庭を広める（広報活動）© Copyright 2019, ESM, Inc.

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B：ROS・マルチECU向けシミュレータ
マルチECUシミュレータ

物理シミュレータ
センサ
シミュレータ間通信
モーター

ロボット・プラットフォーム

技術研鑽視点での狙い：・シミュレータ間の時間同期の仕組みを検討するためのモデルとして最適
その他の狙い：・mROS/athrillを広める© Copyright 2019, ESM, Inc.

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トピック
• クラウド IDE とエミュレータを利用した実機レス開発環境とも連携します！
• 2019年/TOPPERS 活用アイデア・アプリケーション開発コンテスト受賞作品(金賞)★クラウドIDEを箱庭の開発環境として！

まずは，箱庭プロトタイプの開発・検証環境として利用させて頂きます！！
★庭野さんに感謝★
© Copyright 2019, ESM, Inc.

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C：車車間協調動作向けシミュレータ
仮想サーバー

物理シミュレータ

シミュレータ
間通信

技術研鑽視点での狙い：・箱庭として複数車両の連携制御をどう実現させるか検討
・管制サーバーとの連携をどう実現させるか検討© Copyright 2019, ESM, Inc.

車両制御・シミュレータ

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全体ロードマップ• 1st 成果として，箱庭結合環境(問題早期検出)のプロトタイプモデル作成に専念し，開発者向け/サービス向け/連携機能へと拡張を目指す予定です★4 th 成果
★2 nd 成果

★3 rd 成果

★1st 成果

今はココ
箱庭プロトタイプ
モデル開発
結合環境構築(箱庭ベース環境)

開発者向け
機能開発
検査自動化
機能拡充
スケール向上機能拡充© Copyright 2019, ESM, Inc.

サービス提供者向け
機能開発

連携機能
開発

GUI機能拡充

開発者/サービス連携機能開発

箱庭アセット拡充
箱庭コア機能拡充38

目次
1. 箱庭WG結成の背景・経緯

2. IoT/自動運転時代のシステム構築時の課題
3. 箱庭の目指すところ
4. 箱庭アーキテクチャと利用シーン
5. 箱庭のプロトタイプモデル
6. 箱庭コア技術(別資料)

7. 箱庭WG活動紹介© Copyright 2019, ESM, Inc.

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箱庭WG活動紹介• 活用ツール• 定例会合・イベント• お誘い© Copyright 2019, ESM, Inc.

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活用ツール
• Slack：• コミュニケーションツール
• 日々の議論に中心的に活用• TOPPERS会員は誰でも加入可能• 招待URLはML・議事録で公開• ML： hakoniwa-wg@toppers.jp• 問合せ先窓口• 定例会合の案内および議事録を配信• 会員は加入／アーカイブ閲覧可能• 他WGのポリシーと同様© Copyright 2019, ESM, Inc.

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活用ツール
• GitHub：• 開発成果(状況)のオープンソース公開• TOPPERSプロジェクトでorganization加入• 会員限定のPrivate Repo作成やリリースパッケージの先行公開も検討• Google Drive：• 技術資料や議事録，各種ファイルの共有• TOPPERSプロジェクトでG Suite加入• Team Drive運用 WGメンバは作成・編集・共有可• 会員はファイル閲覧・コメント付与可• DriveのURLはMLで公開© Copyright 2019, ESM, Inc.

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定例会合・イベント• 定例会合• オンライン(WebEx)• オフライン(合宿)• MLにて案内します

＠毎月１回程度
＠年２回程度の予定• 今後のイベント• 箱庭合宿＠福井 2019年３月？

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現在のWGメンバ(7名⇒13名)
氏名

所属

主な役割

森崇

永和システムマネジメント

主査 全体統括，Athrill

高瀬 英希

京都大学／JSTさきがけ

運営委員 mROS，ROS通信，細合 晋太郎

チェンジビジョン(個人会員)

IDE，モデリング，可視化，

田邉 友

永和システムマネジメント

Athrill，仮想環境，

山田 昌幸

永和システムマネジメント

Athrill，MBD，

高島 亮人

永和システムマネジメント

ETロボコン

高田 光隆

名古屋大学NCES

カーネル，応用検討，

庭野 正義

アイコムシステック

車載コンポーネント，佐伯 淳

個人会員教育向け箱庭普及活動

斎藤 直規

名古屋市工業研究所

仮想環境，IDE

間瀬 剛

名古屋市工業研究所

仮想環境，IDE

小川 清

名古屋市工業研究所

仮想環境，IDE

福田 竜也

インテック 先端技術研究所

ロボティクス，ネットワーク，クラウド

To Be Added,,,© Copyright 2019, ESM, Inc.
特にクラウド技術に知見をお持ちの方をお誘いしたい44

おわりに• 箱庭WGの狙い・趣旨にご賛同いただける方の参画をお待ちしております！！

• 活動内容へのご要望や開発活動への参加，まずはSlackでの議論の参加，などなど• 問合せ先： secretariat@toppers.jp© Copyright 2019, ESM, Inc.